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Experimento teórico aceptado en Physical Review Letters muestra que cortar la onda de un fotón no produce solo la posibilidad de cero o una partícula restante: los cálculos indican una mezcla cuántica que puede incluir estados de cero a infinitos fotones.
Al intentar dividir un fotón, los físicos encontraron un resultado inesperado: el corte teórico de la partícula de luz puede generar una mezcla compleja de estados, yendo de cero a infinitos fotones, en un fenómeno ligado a la mecánica cuántica.
Qué significa intentar cortar un fotón
El fotón se describe como un paquete elemental de luz. Esto significa que no está formado por partes más pequeñas, como un objeto común que pudiera ser repartido físicamente.
La cuestión nace de la dualidad onda-partícula, principio central de la mecánica cuántica. En esta visión, el fotón se comporta al mismo tiempo como partícula y como onda, según la forma en que es observado.
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Con cálculos teóricos, el equipo analizó qué ocurriría si un fotón pasara por un obturador y este dispositivo fuera cerrado mientras la onda asociada al fotón aún atravesara el sistema.
En la simulación, el procedimiento cortaría la parte final de la onda. El resultado esperado sería simple: cierta probabilidad de no quedar fotón alguno y cierta probabilidad de sobrar un único fotón.
Fotón dividido crea mezcla de cero al infinito
El estudio, aceptado en Physical Review Letters, indicó que la situación es más compleja. Al cortar el fotón, los cálculos señalaron una mezcla de estados cuánticos, incluyendo un estado con número infinito de fotones.
Esta posibilidad no significa que infinitos fotones aparezcan en un experimento realista. La cantidad esperada se vuelve infinita solo si el obturador se cierra de manera infinitamente rápida, una condición idealizada.
En velocidades realistas, incluso la presencia de mil fotones sería extremadamente improbable. Aun así, el resultado muestra que el corte altera las probabilidades asociadas al estado cuántico de la luz, según los cálculos hechos por el equipo, en un análisis puramente teórico.
Medición local muestra un paradoja cuántica
El punto que más sorprendió a los investigadores aparece cuando el fotón cortado es medido desde lados diferentes del obturador. De un lado, el sistema puede parecer estar en un estado de un único fotón.
En el otro lado, la medición puede indicar vacío, es decir, ausencia de fotones. Globalmente, sin embargo, el estado completo permanece como una mezcla que va de cero al infinito.
Este contraste plantea preguntas sobre la forma de describir partículas. Un estado global complejo puede, localmente, parecer simple, dependiendo del punto de vista usado en la medición.
Camino para repensar interacciones entre partículas
El equipo considera cómo este razonamiento podría aplicarse a otras partículas cuánticas, como electrones. El objetivo es avanzar en una descripción más clara de las interacciones entre partículas.
Hoy, la extensión infinita de las partículas crea dificultades teóricas, porque sugiere interacciones por tiempo infinito. Esto afecta la causalidad, la relación entre causa y efecto.
Fotones teóricos con cola cortada podrían ayudar a hacer este vínculo causal más claro. Aún hay trabajo por delante, pero el resultado abre camino para repensar interacciones cuánticas.
El estudio muestra por qué la física cuántica desafía ideas intuitivas sobre materia, luz y medición. Para quienes siguen la ciencia, vale la pena comentar: ¿este descubrimiento cambia su forma de imaginar una partícula o hace que el mundo cuántico sea aún más difícil de visualizar?
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