Físicos del Trinity College de Dublín han descubierto una nueva forma de luz, lo que tendrá un impacto en nuestra comprensión de la naturaleza fundamental de la luz.
Físicos descubren nueva forma de luz. Fotografía de Eric_Dorsey.
Una de las características mensurables de un haz de luz se conoce como momento angular. Hasta ahora, se creía que, en todas las formas de la luz, el momento angular sería un múltiplo de la constante de Planck (la constante física que establece la escala de los efectos cuánticos).
Ahora, el recién graduado Kyle Ballantine y el profesor Paul Eastham, ambos de la Escuela de Física del Trinity College de Dublín, han demostrado una nueva forma de luz, donde el momento angular de cada fotón (una partícula de luz visible) toma sólo es la mitad de este valor. Esta diferencia, aunque pequeña, es profunda. Los resultados han sido publicados en la revista Science Advances.
Al comentar sobre su trabajo, Eastham dijo: «Estamos interesados en saber cómo podemos cambiar la forma en que se comporta la luz, y la forma en que podría ser útil. Lo que creo que es tan emocionante de este resultado es que incluso esta propiedad fundamental de la luz, que los físicos siempre han pensado que era fija, puede ser igualmente cambiada».
Para hacer este descubrimiento, el equipo involucrado utilizó un efecto descubierto en la misma institución hace casi 200 años. En la década de 1830, el matemático William Rowan Hamilton y el físico Humphrey Lloyd descubrieron que, al pasar por ciertos cristales, un rayo de luz se convirtió en un cilindro hueco.
El equipo que ha realizado el descubrimiento ha utilizado ahora este mismo fenómeno para generar haces de luz con una estructura similar a un tornillo.
Analizando estos haces dentro de la teoría de la mecánica cuántica predijeron que el momento angular del fotón sería de medio entero, e idearon un experimento para poner a prueba su predicción.
Utilizando un dispositivo construido a tal efecto, fueron capaces de medir el flujo de momento angular en un rayo de luz. También fueron capaces, por primera vez, de medir las variaciones de este flujo causados por los efectos cuánticos. Los experimentos revelaron un pequeño cambio, la mitad de la constante de Planck, en el momento angular de cada fotón.
Experimento para estudiar el momento angular total generalizado de la luz.
Los físicos teóricos, desde la década de 1980, han especulado con cómo funciona la mecánica cuántica para partículas libres de moverse sólo en dos de las tres dimensiones del espacio. Descubrieron que esto permitiría nuevas posibilidades extrañas, incluyendo partículas cuyos números cuánticos eran fracciones de los esperados. Este trabajo demuestra, por primera vez, que estas especulaciones se pueden realizar con la luz.
Eastham sugirió que el descubrimiento podría tener implicaciones para las telecomunicaciones y la privacidad, ya que estos fotones recién descubiertos, son por naturaleza más difíciles de descifrar, lo que significa que podría utilizar para encriptar datos. También podrían ser de utilidad en cables de fibra óptica, de cara a mejorar la velocidad y la seguridad.
Más información en advances.sciencemag.org.
