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Estudio teórico publicado en Physical Review Letters analizó lo que ocurriría si un fotón fuera interceptado por un obturador óptico ultrarrápido. El cálculo indica que el intento de dividir la partícula no crearía dos partes más pequeñas, sino una superposición con infinitos fotones
Físicos calcularon que intentar dividir un fotón con un obturador óptico ultrarrápido no produciría dos partes más pequeñas, sino una superposición con infinitos fotones, resultado que expone la diferencia entre partículas cuánticas, objetos comunes y el comportamiento del propio vacío.
Un fotón no se divide en dos pedazos más pequeños cuando es interrumpido en medio de la onda. En estudio publicado en Physical Review Letters, Skaar y colegas calcularon que el intento crearía infinitos fotones.
Por qué el fotón no puede ser cortado
La idea parte de una contradicción de la física cuántica. Las partículas elementales, por definición, no están formadas por partes más pequeñas. Aun así, un fotón se comporta como una onda extensa, esparcida por el espacio.
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El grupo analizó lo que ocurriría si un fotón atravesara un obturador óptico, descrito como un espejo extremadamente rápido, capaz de encender y apagar para bloquear parte de un pulso de luz.
Si ese obturador actuara con suficiente velocidad, podría interceptar el fotón en medio del pulso. En la práctica, esto significaría interrumpir parte de la onda asociada a la partícula.
Para seguir el proceso, los investigadores aplicaron ecuaciones cuánticas que describen el campo electromagnético. El análisis siguió cómo el estado cuántico del fotón sería transformado por la acción del obturador.
Obturador crearía infinitos fotones
El resultado no sería la formación de un fotón de un lado y de vacío del otro. El cálculo apunta a un escenario inusual: una superposición de estados conteniendo infinitos fotones simultáneamente.
Esta consecuencia aparece porque, en la mecánica cuántica, el espacio vacío no está completamente vacío. Contiene fluctuaciones del campo electromagnético, incluso cuando parece no haber partículas presentes.
Al accionar el obturador rápidamente, estas fluctuaciones serían perturbadas. La perturbación podría crear nuevos fotones espontáneamente, en lugar de solo separar el pulso original en dos partes.
Si la observación quedara restringida a la región al lado del punto donde el obturador actuó, el estado parecería normal, indistinguible de un fotón de un lado y de un vacío simple del otro.
Próximos pasos de la investigación
El trabajo refuerza la distancia entre el comportamiento de partículas cuánticas y la experiencia cotidiana con objetos divisibles. También plantea preguntas sobre medición, localización de la información e interpretación de estados cuánticos en el espacio.
Skaar y sus colegas pretenden investigar si la misma física aparece cuando más de un fotón está involucrado. El equipo también planea probar la extensión del análisis para otras partículas elementales, como electrones.
¿Qué opinas de la idea de que intentar “cortar” un fotón podría generar infinitas partículas en lugar de dos partes más pequeñas? Deja tu comentario con tu impresión sobre esta extrañeza de la física cuántica y sobre cómo los descubrimientos teóricos ayudan a repensar el vacío.
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