Han «construido» polaritones que permiten que los fotones acaben interaccionando de formas interesantes
Han «construido» polaritones que permiten que los fotones acaben interaccionando de formas interesantes - Christine Daniloff/MIT
SCIENCE

Científicos crean una nueva forma de luz

Investigadores de la Universidad de Harvard y del MIT han observado un comportamiento en tripletes de fotones que no ocurre en los fotones «normales»

MADRIDActualizado:

Cuando dos coches se cruzan en la carretera de noche, los haces de sus faros no chocan entre sí ni rebotan; sencillamente siguen su camino. Los fotones de estas ondas electromagnéticas no interaccionan entre sí, y por eso los sables láser de Star Wars son un imposible: la luz no choca contra la luz ni atraviesa a un malvado soldado imperial.

En 2013, científicos de la Universidad de Harvard y del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE.UU.) observaron un curioso fenómeno: a través de un complejo experimento, obtuvieron una nueva forma de materia hecha de luz. En concreto, vieron cómo se formaban parejas de fotones unidos por una extraña interacción. Ahora, estos mismos investigadores han publicado un artículo en Science en el que aseguran que han creado tripletes de fotones, que son un paso más en su objetivo de crear una nueva y exótica forma de materia, hecha de luz.

Los átomos de la materia se caracterizan porque se «relacionan» con otros átomos: atraen y repelen a otros átomos, interaccionan. Por todo ello, se forman moléculas y ocurren las reacciones químicas, por ejemplo. Pero los fotones no suelen hacer este tipo de cosas, salvo que los físicos les sometan a complejas pruebas. Pero si lo hicieran, los ordenadores cuánticos o quizás incluso los sables de luz estarían mucho más cerca de materializarse.

El abrazo de la luz

Vladan Vuletic, Lester Wolfe y Mikhail Lukin han observado tripletes de fotones unidos por una rara interacción. Para lograr este «extraño abrazo» entre partículas, diseñaron una serie de complejos experimentos, en los que hicieron pasar un rayo láser muy débil por una nube de átomos de rubidio en estado de superenfriamiento (solo un poco por encima del cero absoluto, la temperatura mínima posible). No es precisamente algo que se pueda practicar en casa.

Lo que ocurrió cuando este láser atravesó la nube, es que los fotones se unieron en parejas o tripletes, como si algún tipo de atracción los hubiera atrapado. ¡Pero eso no es todo! Si los fotones «normales» circulan a casi 300.000 kilómetros por segundo, la velocidad de la luz, y no tienen masa, los fotones que salieron de la nube tenían «una crisis de identidad»: viajaban 100.000 veces más despacio que los fotones que no interaccionaron y tenían una masa similar a una fracción de la masa de un electrón.

Según ha dicho Vuletic en un comunicado, estos resultados demuestran que los fotones pueden atraerse o entrelazarse a otros, lo que, en un futuro teórico, podría llevar a crear ordenadores cuánticos increíbles hoy en día, y quién sabe qué más.

En los experimentos, los científicos hicieron una «radiografía» de los electrones que salieron de la nube de átomos de rubidio: midieron su frecuencia de oscilación, a partir de una propiedad conocida como fase, y el flujo de salida.

«La fase te dice cuán fuerte están interaccionando. Cuanto mayor, más fuertemente están unidos», dice Aditya Venkatramani, coautor del trabajo. Así, averiguaron que cada uno de los fotones de los tripletes de interaccionaban fuertemente con los otros.

¿Por qué forman tripletes?

¿Por qué ocurrió esto? Los investigadores han creado un modelo físico para explicarlo: en resumen, sugieren que los fotones se comportan con los átomos de rubidio como las abejas con las flores. Cada fotón «aterriza» brevemente en un átomo de rubidio y luego salta a otro.

Ahora bien, si varios fotones están viajando así en la nube de rubidio, y ocurre que «se posan» durante más tiempo en los átomos de rubidio, pueden formar un híbrido entre átomo y fotón: un llamado polaritón. Los polaritones son partículas capaces de interaccionar con otros polaritones a través del componente atómico. Y así, los fotones acaban interaccionando con fotones, de forma más indirecta.

¿Qué es lo más importante de esto? «Lo más interesante es que se llegasen a formar los tripletes», dice Vuletic. «Tampoco se sabía si la unión de los tripletes sería igual, menos o más fuerte que la de las parejas», pero ahora sí se sabe: es más fuerte.

Territorio inexplorado

Todo este proceso ocurre en una millonésima de segundo y, curiosamente, se extiende tiempo después de que los fotones dejen atrás la nube de átomos de rubidio superenfriados. «Es como si los fotones "recordaran"», dice Sergio Cantu, otro de los coautores.

Tanto es así que los fotones que interaccioan con otros, a través de esa atracción dependiente de los átomos, se comportan como si estuvieran correlacionados, o entrelazados: y resulta que esta propiedad es clave para construir ordenadores cuánticos.

Ahora, los científicos tratarán de seguir explorando estos extraños y desconcertantes fenómenos. Entre otras cosas, tratarán de averiguar si es posible hacer que los fotones se repelan. De momento, dicen no tener ni idea de lo que encontrarán: «Con la respulsión de átomos, ¿se puede hacer que formen patrones regulares, como un cristal de luz?», se pregunta Vuletic. «¿Pasará cualquier otra cosa? Todo esto es un territorio realmente inexplorado».