¿De qué está hecha la luz?

¿De qué está hecha la luz, de ondas o de partículas? Esta pregunta básica ha fascinado a los físicos desde los primeros días a de la ciencia. La mecánica cuántica predice que los fotones, partículas de luz, son tanto ondas como partículas, simultáneamente. Según se informa en Science, físicos de la Universidad de Bristol han ofrecido una nueva demostración de esta dualidad onda-partícula de los fotones, conocida como "un verdadero misterio de la mecánica cuántica" por el ganador del premio Nobel Richard Feynman.La historia de la ciencia está marcada por un intenso debate entra las teorías ondulatoria y corpuscular de la luz. Isaac Newton fue el principal defensor de la teoría corpuscular, mientras que James Clerk Maxwell y su tremendamente exitosa teoría del electromagnetismo, daban apoyo a la teoría ondulatoria. Sin embargo, las cosas cambiaron drásticamente en 1905, cuando Einstein demostró que era posible explicar el efecto fotoeléctrico
(que había seguido siendo un misterio hasta ese momento) usando la idea de que la luz está hecha de partículas: los fotones. Este descubrimiento tuvo un gran impacto en la física, dado que contribuyó enormemente al desarrollo de la mecánica cuántica, la teoría científica más precisa jamás desarrollada.

A pesar de su éxito, la mecánica cuántica presenta un gran desafío a nuestra intuición cotidiana. De hecho, la teoría predice con una notable precisión el comportamiento de objetos pequeños, tales como átomos y fotones. Sin embargo, cuando se echa un vistazo más de cerca a estas predicciones, tenemos que admitir que van totalmente contra la intuición. Por ejemplo, la teoría cuántica predice que una partícula (por ejemplo, un fotón), puede estar en distintos lugares al mismo tiempo. De hecho, incluso puede estar en infinitos sitios al mismo tiempo, exactamente como una onda. De aquí la idea de la dualidad onda-partícula, que es fundamental para todos los sistemas cuánticos.
Sorprendentemente, cuando se observa un fotón, se comporta como onda o como partícula, pero nunca se aprecian ambos aspectos a la vez. De hecho, el comportamiento que presenta depende del tipo de medida que se realice sobre el mismo. Este asombroso fenómeno se ha investigado experimentalmente en los últimos años, usando dispositivos de medida que pueden cambiar entre las medidas ondulatorias y corpusculares.
En un artículo publicado en la revista Science, los físicos de la Universidad de Bristol dan un nuevo giro a estas ideas. Los doctores Alberto Peruzzo, Peter Shadbolt y el profesor Jeremy O'Brien del Centro de Fotónica Cuántica se unieron a los teóricos cuánticos, el Dr. Nicolas Brunner y el profesor Sandu Popescu para idear un nuevo tipo de aparato de medida que pudiese medir a la vez el comportamiento corpuscular y ondulatorio. Este nuevo dispositivo funciona gracia a la no localidad cuántica, otro impactante efecto cuántico poco intuitivo.
El Dr. Peruzzo, miembro investigador en el Centro de Fotónica Cuántica, dice: "El aparato de medida detectó una fuerte no localidad, certificando que el fotón se comportaba simultáneamente como onda y partícula en nuestro experimento. Esto representa una sólida refutación de los modelos en los que el fotón es una onda o una partícula".
El profesor O'Brien Director del Centro de Fotónica Cuántica, dice: "Para llevar a cabo esta investigación, usamos un chip fotónico cuántico, una novedosa tecnología desarrollada en Bristol. El chip es reconfigurable, por lo que puede programarse y controlarse para implementar diferentes circuitos. Hoy, esta tecnología es un enfoque principal en la búsqueda de la construcción de un computador cuántico y, en el futuro, permitirá nuevos y más sofisticados estudios de aspectos fundamentales de los fenómenos cuánticos".
Una prometedora perspectiva para resolver un verdadero misterio de la mecánica cuántica. ¡Permanece atento!