Domesticando fotones!

Los investigadores han atrapado un pulso de luz dentro de una cámara de cristal y luego lo han soltado intacto. Este grado de control sobre la luz podría conducir al desarrollo de asombrosas tecnologías.

 

Hasta no hace mucho había algo que no podíamos hacer con la luz: detenerla. Detener la luz en su movimiento y luego soltarla de nuevo sin cambiarla, estaba más allá de las capacidades humanas. Pero ahora, los científicos han podido averiguar cómo lograrlo.

El año pasado, un grupo de físicos de la Universidad de Harvard hicieron brillar un rayo láser dentro de una celda de vidrio llena previamente con vapores atómicos. La luz entró, pero no volvió a salir. No fue destruida ni absorbida, sólo almacenada y lista para resurgir intacta, cuando los científicos lo desearan.

El pulso láser medía varios kilómetros antes de entrar a la celda, aunque el pulso cupo intacto dentro de la cámara de apenas unos centímetros de ancho. Aunque suene como magia, es sólo mecánica cuántica.

Esta improbable hazaña - detener la luz- fué lograda por dos equipos.

Uno fue dirigido por Ron Walsworth, un físico del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), y otro por Lene Hau del Departamento de Física de la Universidad de Harvard (Harvard University's Department of Physics).

El grupo de Walsworth usó vapores tibios de rubidio para detener el pulso láser; el grupo de Hau usó un gas de sodio superfrío para lograr el mismo efecto. 

Los fotones -esto es, las partículas de luz- carecen de masa y por eso pueden viajar tan rápido. Los investigadores de Harvard detuvieron sus rayos láser "colgándole pesos a los fotones".

La técnica requiere de dos lásers: un "láser de control" y un "láser de señal". El láser de señal es el que se detiene. Usando el láser de control, el equipo de Walsworth hizo que el gas de rubidio en la celda de vidrio se volviese "dispersivo". En otras palabras, la velocidad de la luz pasando a través del gas, dependía manifiestamente del color de la luz. (los prismas trabajan de modo muy similar, aunque la analogía no es exacta). En este tipo de gas dispersivo, los átomos y los fotones interactúan enérgicamente, dice Walsworth. "Al ser arrastrados de manera efectiva por las fuertes interacciones con los átomos, los fotones se vuelven lentos". Los físicos llaman a este tipo de sistemas átomo-fotón, un "polaritón" (polariton en inglés).

A continuación, los científicos redujeron la intensidad del láser de señal hasta que el polaritón fué 100% atómico. De repente, ya no aparecían fotones en la cámara. Sin embargo, la huella de los fotones permaneció, en los propios átomos. Como un trompo para niños, los átomos giran ("spin" en inglés). Los físicos dicen que los átomos "poseen momento angular". La información que describe el láser que desaparece fue almacenada, como un código, en los patrones de arriba-y-abajo de los ejes de giro de los átomos.

Liberar el pulso almacenado es fácil: otro rayo láser dirigido a través de la cámara puede liberarlo. "En un futuro próximo, esta técnica podría permitir el registro reversible de información cuántica entre átomos y luz de manera eficiente", dice Walsworth.

Las posibilidades son increíbles: "supongamos que tenemos alguna información codificada en átomos -dice Walsworth-. Podríamos mapear tal información en forma de luz, enviarla a otro grupo de átomos, e imprimir la información ahí". Walsworth llama a esto "comunicación cuántica".

La comunicación cuántica podría algún día ser usada para enviar mensajes ultrasecretos. Una de las características quintaesenciales del mundo cuántico es que cuando observamos un sistema, de hecho alteramos las propiedades de dicho sistema. En otras palabras, sería imposible "tocar" un mensaje cuántico sin dejar marcada una "huella digital".

"Por esta razón, no hay manera de interceptar mensajes, romper el código y reenviarlos sin que el destinatario se de cuenta de ello", dice Walsworth.

¿Suena familiar? Puede serlo para los fanáticos de la serie Viaje a las Estrellas (Star Trek). Cada vez que el Capitán Kirk usa su transportador para visitar un planeta extraterrestre, los átomos distantes son re-ordenados por un rayo de algo parecido a una luz que hace coincidir el patrón molecular de su cuerpo para regresarlo a bordo de la nave Enterprise: un exagerado ejemplo de "comunicación cuántica". Los transportadores de Viaje a las Estrellas permanecerán como ficción aún por mucho tiempo, dicen los científicos. Aún así, detener la luz podría ser un pequeño primer paso hacia este fin.

En un futuro próximo, estas técnicas podrían adelantar la llegada de una nueva y fantástica forma de computación llamada "computación cuántica". Las computadoras cuánticas del futuro podrían almacenar datos y hacer cálculos manipulando los estados cuánticos (como el giro) de los átomos individuales. Debido al enorme número de átomos que existe, aún en una cantidad ínfima de materia, las computadoras cuánticas podrían tener una potencia inimaginable.

Nota completa, referencias y links: Aqui.

Articulo enviado por Laura López, miembro y colaboradora del blog y la lista Universo Prohibido.