Toman foto de la luz como onda y como partícula

Arriba la luz como onda, abajo como partícula. Cortesía

Es una partícula, es una onda. Sí, es la luz. Y científicos lograron por primera vez tomar una imagen de este doble comportamiento, conocido hace tiempo ya.

Partícula y onda a la vez, según la situación, un comportamiento debido a la mecánica cuántica, las reglas de la física a veces tan extrañas que gobiernan la conducta de las partículas subatómicas.

“Este experimento demuestra que por primera vez logramos filmar la mecánica cuántica y su naturaleza paradójica directamente”, dijo Fabrizio Carbone, coautor del estudio, investigador de la École Polytechnique Fédérale de Lausana en Suiza.

Ese doble comportamiento fue capturado en cámara mediante un microscopio ultrarrápido.

El logro fue publicado en Nature Communications.

Cuando los científicos apuntan un rayo de luz a una pantalla con una abertura, esta se comporta como un chorro de partículas, con una ola línea de brillo, pero si se abren dos espacios actúa como una onda pasando a través de los dos simultáneamente, creando un patrón característico de luz y franjas oscuras, llamadas patrón de interferencia.

Este se da porque los picos en la onda de luz en un punto a veces se suma con la de los valles en otros puntos, creando regiones de oscuridad, mientras que los lugares donde dos picos se intersectan crean puntos muy brillantes. Esto se sabe desde comienzos de los años 1900.

Gran hallazgo: Detectan primera evidencia de la inflación cósmica

Hace unos 14.000 millones de años algo extraordinario sucedió: un gran evento desencadenó el Big Bang, el inicio de nuestro universo. Y en la primera fracción de un segundo, el universo se expandió exponencialmente, estirándose más allá de donde pueden ver los más potentes telescopios. Esto al menos es lo que dice la teoría.

Hoy investigadores del programa Bicep2 anunciaron la primera evidencia directa de esa inflación cósmica. Los datos representan las primeras imágenes de las ondas gravitacionales u ondulaciones del espacio-tiempo. Las ondas han sido descritas como los primeros tremores del Big Bang. Esos datos confirman una profunda conexión entre la mecánica cuántica y la relatividad general.

“Detectar estas señales es una de las metas más importantes de la cosmología hoy. El trabajo de mucha gente nos ha conducido hasta este punto”, dijo John Kovac, del Centro para la Astrofísica, líder del Bicep2.

Los resultados se obtuvieron mediante observaciones de la radiación de fondo cósmico de microondas, un débil destello dejado tras el Big Bang. Esas pequeñas fluctuaciones proveen pistas sobre las condiciones de ese universo temprano. Por ejemplo pequeñas diferencias en la temperatura en todo el cielo muestran parte donde el universo era más denso, condensándose en galaxias y cúmulos de galaxias.

Como aquella radiación de fondo es una forma de luz, exhibe todas las propiedades de esta incluso la polarización. En la Tierra, la luz solar es filtrada por la atmósfera y se torna polarizada, que es por lo que los lentes polarizados ayudan a disminuir el resplandor. En el espacio, el fondo cósmico de microondas es filtrado por los átomos y electrones y se polariza también.

“Nuestro grupo buscó un tipo especial de polarización, modos B, que representa un quiebre en la orientación polarizada de la luz antigua”, dijo el colíder Jamie Bock (Caltech/JPL).

Las ondas gravitacionales comprimen el espacio cuando viajan y esa compresión produce un patrón distintivo en el fondo cósmico de microondas. Las ondas gravitacionales tienen una tendencia ‘diestra’ como las ondas de luz, y puede haber polarizaciones diestras y siniestras.

“El modo B es una firma única de ondas gravitacionales porque es diestro. Esta es la primera imagen directa de las ondas gravitacionales en el cielo primordial”, indicó Chao-Lin Kuo, de Stanford.

El grupo examinó escalas espaciales del cielo de 1 a 5 grados (dos a 10 veces el ancho de la Luna llena), lo cual hicieron desde el Polo sur por sus ventajas atmosféricas.

Se sorprendieron al detectar una señal de la polarización del modo B mucho más fuerte de lo que muchos decían. Los datos fueron analizados durante más de 3 años para reducir los errores y analizaron hasta la incidencia del polvo en la galaxia.

Para el teórico de Harvard Avi Loeb, este descubrimiento ofrece nuevas aproximaciones a las preguntas más básicas: ¿por qué existimos? ¿Cómo comenzó el universo? Estos resultados no solo son el cañón humeante de la pistola sino que nos dicen cuándo se presentó la inflación y cuán poderoso fue el proceso”.

Ven la luz como onda y partícula a la vez

¿Está hecha la luz de ondas o de partículas?

Una pregunta fundamental que ha inquietado a científicos durante décadas, pues parece ser ambas a la vez, pero los experimentos han mostrado que actúa como partícula o como onda, pero no las dos cosas a la vez.

Ahora, por primera vez, un experimento nuevo ha mostrado la luz comportándose tanto como onda como partícula simultáneamente, entregando una nueva dimensión de la incertidumbre que podría ayudar a revelar la verdadera naturaleza de la luz, y de todo el mundo cuántico.

El debate va hasta Isaac newton, quien dijo que estaba hecha de partículas, y hasta James Clerk Maxwell, cuya teoría del electromagnetismo que unificó las fuerzas de la electricidad y el magnetismo en una. En 1905, Albert Einstein explicó un fenómeno llamado el efecto fotoeléctrico usando la idea de que la luz estaba hecha de partículas llamadas fotones, un descubrimiento que le valió el Nobel.

En últimas, hay razones para pensar que es tanto una partícula como una onda. De hecho, lo mismo parece ser cierto para todas las partículas subatómicas, incluyendo electrones y quarks e incluso la recientemente descubierta partícula del bosón Higgs. La idea es denominada dualidad onda-partícula, y es una asunción básica para la teoría de la mecánica cuántica.

Dependiendo del tipo de experimento que se use, la luz o cualquier otro tipo de partícula se comportará como una partícula o una onda. Hasta ahora, ambos aspectos de la naturaleza de la luz no han sido observados al tiempo.

Los científicos se han preguntado si la luz cambia de partícula a onda dependiendo de las circunstancias o si la luz es siempre tanto una como la otra.

Ahora, científicos han ideado un nuevo de aparato de medición que puede detectar la conducta onda-partícula al tiempo. El dispositivo se basa en un extraño efecto cuántico llamado la no-localización cuántica, una noción contra intuitiva que dice que una partícula puede existir en dos puntos a la vez.

“El aparato detectó una fuerte no-localidad, lo que certificó un comportamiento simultáneo del fotón como onda y partícula en nuestro experimento”, dijo el físico Alberto Peruzzo de la universidad inglesa de Bristol.

“Esto refuta los modelos que dicen que el fotón es una partícula o una onda”.

El experimento fue publicado en Science.