Un descubrimiento que transforma nuestra comprensión de la luz

Luz clásica con secretos cuánticos: un descubrimiento sorprendente que desdibuja las fronteras entre la física cuántica y la clásica.

Los límites entre la física cuántica y la física clásica: Un descubrimiento que transforma nuestra comprensión de la luz.

Publicado por Fernández Aguilar divulgador científico

. Un equipo internacional de investigadores ha logrado un avance que desdibuja las fronteras entre la física cuántica y la clásica. Este descubrimiento, ha permitido observar comportamientos cuánticos dentro de sistemas de luz clásica, algo previamente impensable cuando la teoría cuántica nació.r l límites ee la física cuántica y la física clica: Un descubrimiento que transforma nuestra n de la luAl encender una linterna, nadie imaginaría que su luz, aparentemente simple, pudiera encerrar secretos cuánticos. Este hallazgo desvela cómo lo cotidiano puede ocultar aspectos revolucionarios de la física.

La investigación, publicada en la revista PhotoniX, utiliza sofisticadas técnicas para fragmentar un campo de luz pseudotérmica, revelando propiedades cuánticas que podrían tener aplicaciones revolucionarias.

Desde hace décadas, la física busca comprender dónde termina el mundo clásico y comienza el cuántico.

La luz térmica, tradicionalmente considerada clásica, se utilizó durante el siglo XX para explorar la dualidad onda-partícula, uno de los pilares de la mecánica cuántica. Sin embargo, esta investigación va más allá al mostrar que un campo clásico también puede exhibir dinámicas cuánticas.

Este hallazgo demuestra que incluso un sistema clásico puede albergar dinámicas cuánticas ocultas

Mediante el uso de técnicas de detección de fotones y mediciones de momento angular orbital (OAM), los investigadores proyectaron un campo de luz pseudotérmica en subsistemas de multiphotones

. El resultado fue sorprendente: aunque la mayoría de los subsistemas mostraban propiedades clásicas, algunos exhibieron coherencia cuántica, incluyendo patrones de interferencia similares a los observados en sistemas de fotones entrelazados.

El diagrama ilustra el proceso de dispersión multipartícula mediada por trayectorias retorcidas dotadas de momento angular orbital (OAM).

El número de fotones en cada trayectoria retorcida se mide y se correlaciona utilizando detectores de resolución de número de fotones (PNR). Fuente: PhotoniX

Para comprender el impacto del descubrimiento, es crucial entender qué es la coherencia cuántica.

En palabras simples, la coherencia cuántica describe cómo las partículas cuánticas, como los fotones, pueden interferir entre sí de manera que su comportamiento no puede explicarse por la física clásica.

Este fenómeno se manifiesta en patrones de interferencia que son característicos de sistemas cuánticos.

En este estudio, los investigadores lograron medir estas propiedades en subsistemas de hasta cuarenta fotones. Los subsistemas con coherencia clásica presentaron dinámicas predecibles, mientras que los que mostraban coherencia cuántica desafiaron nuestras expectativas tradicionales. Este contraste abre la puerta a nuevas formas de estudiar sistemas cuánticos en entornos controlados.

Patrones de interferencia cuántica imaginaria. .

Las implicaciones tecnológicas de este descubrimiento no se dejan esperar. Una de las principales barreras para las tecnologías cuánticas, como los ordenadores y sensores cuánticos, es su sensibilidad a la decoherencia, es decir, la pérdida de propiedades cuánticas debido a interacciones con el entorno

. Este estudio proporciona una plataforma para mitigar este problema.

En concreto, las técnicas utilizadas podrían aplicarse en imagen cuántica y sensores mejorados cuánticamente.

Por otra parte, el descubrimiento de dinámicas cuánticas dentro de sistemas clásicos podría facilitar el desarrollo de tecnologías cuánticas escalables que operen a temperatura ambiente, algo que actualmente es un gran desafío., PERO LA CIENCIA Y LA INVESTIGACIÓN NO DESCANSAN

¿Existe una descripción unificada de la materia y las fuerzas?

A la pregunta '¿de qué está hecha la materia?' los físicos responden que los átomos se componen de electrones dando vueltas alrededor de un núcleo donde se encuentran los protones y neutrones, que a su vez están compuestos por quarks unidos entre sí por gluones.

Este marco teórico, llamado el modelo estándar, afirma que existen dos estirpes principales de partículas elementales: los quarks, de seis ‘sabores’ agrupados en tres familias de dos -arriba y abajo, extraño y encanto, valle y cima-, y los leptones, también de seis ‘sabores’-el electrón, el muón y el tau y sus correspondientes neutrinos.

A finales de la década de 1960 los físicos Glashow, Salam y Weinberg encontraron que las fuerzas electromagnética y débil podían describirse usando una única formulación matemática: la teoría electrodébil.

Estos tres físicos acababan de dar un paso de gigante hacia el Santo Grial de la física teórica, poder explicar con una única teoría las cuatro fuerzas de la naturaleza: la gravedad, la electromagnética, y las dos fuerzas nucleares; la fuerza fuerte, que mantiene el núcleo unido, y la débil, responsable de un tipo de desintegración radiactiva llamada desintegración beta. Los físicos estaban entusiasmados y entre 1970 y 1980 aparecieron las teorías de gran unificación, que unían la fuerza electro débil con la fuerza fuerte.

Pero aquí la cosa se empezó a torcer pues hay más de una decena de posibles teorías competidoras. ¿Cuál es la correcta, si es que lo es alguna? Nadie lo sabe.

¿Se podrá formular una teoría cuántica de la gravedad?

La relatividad general es, junto con la mecánica cuántica, el gran logro de la física del siglo XX. Pero, como dice Juan Maldacena, un físico argentino del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, "la mecánica cuántica y la gravedad son dos teorías que no se llevan bien"

. Y nadie sabía cómo encajarlas hasta que a mediados de los 80 se produjo una gran revolución: los físicos teóricos estaban convencidos que habían dado con la Teoría de Todo

Acababa de entrar en juego la archi popularizada teoría de cuerdas.

La idea básica de la teoría de cuerdas es muy simple.

Todo el universo está hecho de hebras de energía inimaginablemente pequeñas llamadas cuerdas y del mismo modo que las cuerdas de un violín proporcionan una sorprendente variedad de notas, cada partícula subatómica nace de uno de los modos de vibración de una única cuerda. Lo que la ha hecho tan atractiva es que parece contener en su interior una teoría que reconcilia la incompatibilidad entre la relatividad general y la mecánica cuántica.

A pesar de la sequía de ideas que asola la teoría de cuerdas desde finales del siglo XX, se sigue creyendo que vamos a poder encontrar una teoría completa de la gravedad que funcione tanto a escala de galaxias como del núcleo atómico. ¿Es la teoría de cuerdas la respuesta?

¿De qué está hecho el 95% del Universo?

En 1997 los astrónomos descubrían algo que nadie se esperaba: la expansión acelerada del universo. podía entender que el cosmos se expande más deprisa ahora que después de la Gran Explosión

. La aparición de la energía oscura -pues así se bautizó a la misteriosa causa que hace que el universo acelere- hizo que se buscaran 'responsables' ocultos entre los pliegues de la teoría. Y uno de ellos fue rescatar del baúl de los recuerdos un concepto introducido por Einstein en 1917: la constante cosmológica.

Desempolvada y reconvertida al mundo cuántico, desde su aparición no ha hecho más que dar problemas a los teóricos.

Primero porque no se entiende muy bien qué es y qué hace aquí; lo que hace esto más doloroso es que la energía oscura da cuenta de casi las tres cuartas partes de la masa-energía total del universo.

Segundo porque la diferencia entre su valor real y el teórico tiene el dudoso honor de ser la predicción más desastrosa de toda la historia de la física, que llega a más de 100 órdenes de magnitud.

Pero no es éste el único problema con el que el universo se ríe en la cara de los físicos. Hay otro mucho más antiguo con el cual se encuentran totalmente desconcertados. Los científicos le llevan dando vueltas desde los años 1930 y todavía no tienen ni idea de cómo resolverlo: es la existencia de la materia oscura, de la que solo sabemos que representa el 30% de todo lo que contiene el universo (la materia que nosotros conocemos y que creamos en nuestros aceleradores solo es un mísero 4%). ¿Qué es y de dónde sale?

NO SE DEBE SER DÉBIL, SI SE QUIERE SER LIBRE