Científicos encuentran una nueva forma de luz

Física, Mundo Cuántico y Futuro

Por Sophimania Redacción
16 de Mayo de 2016 a las 16:13
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Científicos encuentran una nueva forma de luz
Ilustración de un momento angular doblado. Imagen: John Donegan/Trinity College Dublin

Debido a que la luz es un fenómeno extensamente estudiado, es posible asumir que hemos aprendido casi todo lo que hay que saber sobre ella. Pero el año pasado, unos investigadores identificaron una nueva propiedad fundamental de la luz, y ahora un equipo de científicos de Irlanda ha demostrado que la luz puede asumir nuevas formas inesperadas.

Una de las formas en que medimos un haz de luz es a través de su momento angular, una cantidad constante que mide cuanta luz está rotando. Y hasta ahora, se creía que para todas las formas de la luz, el momento angular sería un número entero múltiplo de la constante de Planck, una constante física que establece la escala de los efectos cuánticos.

Sin embargo, los investigadores dirigidos por el Trinity College de Dublín han demostrado ahora que existe una nueva forma de luz, donde el momento angular es sólo la mitad de este valor. "Lo que creo que es tan emocionante de este resultado es que incluso esta propiedad fundamental de la luz, que los físicos siempre han creído fija, puede ser cambiada", dijo el investigador principal Paul Eastham.

Uno de los investigadores, Kyle Ballantine, explica "Un rayo de luz se caracteriza por su color o longitud de onda y una cantidad menos familiar conocido como el momento angular. El momento angular mide qué tanto está rotando algo. En el caso de un haz de luz, a pesar de viajar en línea recta, también puede estar girando sobre su propio eje. Así que cuando la luz del espejo golpea el ojo en la mañana, cada fotón lo gira un poco, de una manera u otra".

Este fenómeno está bien entendido por los físicos. Pero lo que no se habían dado cuenta fue que la luz podría existir con un momento angular que no era un número entero.

Para resolverlo, el equipo pasó la luz a través de cristales para crear haces que tenían una estructura torcida, como un tornillo. Estaban buscando nuevos comportamientos de luz que puedan mejorar las comunicaciones ópticas, pero cuando analizaron este rayo en particular dentro de la teoría de la mecánica cuántica, parecía como si su momento angular hubiera sido un medio número, algo que definitivamente no esperaban encontrar.

A continuación, se les ocurrió un experimento para probar esta predicción, y construyeron un dispositivo que mide el flujo de momento angular dentro del haz de luz, así como la variación de este flujo causada por los efectos cuánticos.

Por lo general, ninguna de esas variaciones cuánticas haría que el momento angular cambie por números enteros, si nos basamos en nuestra comprensión de la física hasta el momento. Sin embargo, los experimentos revelaron un pequeño cambio, la mitad de la constante de Planck, en el momento angular de cada fotón.

Eso es muy emocionante, no sólo porque es una nueva forma de luz, sino porque desde la década de 1980, la física teórica había predicho que la mecánica cuántica permitiría la posibilidad de partículas cuyos números cuánticos sean fracciones de lo esperado. Y ahora, por primera vez, este trabajo demuestra que esas predicciones eran correctas, utilizando una de nuestras partículas mejor estudiadas.

"El tema de la luz siempre ha sido uno de interés para los físicos, mientras que también es una de las áreas mejor documentadas y que la física entiende mejor," dijo uno de los investigadores, Stefano Sanvito. "Este descubrimiento es un gran avance para el mundo de la física y la ciencia por igual."

El mayor impacto es que podría revolucionar nuestra comprensión de la radiación electromagnética y dar lugar a una comunicación óptica más rápida y segura. Los resultados han sido publicados en Science Advances.

 

FUENTE: SCIENCEALERT, PHYSICALWORLD


#física #luz
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