Los fotones son raros.
Lo sabemos. Son paquetes de energía electromagnética sin masa. Viajan a la velocidad de la luz. Ignoran las reglas que mantienen las manzanas en los árboles.
Pero hay un truco cuántico específico que rompe el cerebro incluso más que la dualidad onda-partícula. Se trata de espejos. Y plátanos. O al menos la idea de cortar un fotón como si fuera una fruta demasiado madura.
Los físicos de la Universidad de Oslo plantearon una pregunta que nunca antes se había planteado. ¿Cómo se trunca un fotón?
Si cortas un plátano por la mitad, obtendrás dos mitades. Si cortas un fotón por la mitad, no obtienes dos fotones.
Te haces un lío.
“Sorprendentemente, descubriremos que un fotón acortado es un estado complicado que implica recuentos de fotones hasta el infinito”.
Los investigadores simularon quitar un obturador óptico (un espejo, esencialmente) mientras un fotón se reflejaba en él.
Querían ver qué sucede cuando interrumpes la reflexión en mitad del acto.
La idea errónea del fotón infinito
Las matemáticas dicen que el resultado es una superposición.
En este estado, el fotón existe en varios estados a la vez. Cuando lo midas, es posible que encuentres cero fotones. Quizás encuentres algunos. O, en el límite teórico extremo, una cantidad infinita.
Infinito. Fotones.
Suena imposible. Es. Pero sólo debido a un malentendido común.
Johannes Skaar, físico teórico de la Universidad de Oslo y coautor del estudio, aclaró la confusión. Habló con ScienceAlert sobre los límites del experimento.
El número esperado de fotones no es infinito.
Depende de la velocidad.
Si retiras el espejo lentamente, obtendrás una pequeña cantidad de fotones. Si lo eliminas rápidamente, obtendrás una gran cantidad. Para obtener fotones verdaderamente infinitos, sería necesario quitar el espejo en tiempo cero.
Eso requiere una velocidad infinita.
La física no lo permite.
Por qué la energía del vacío crea partículas reales
Entonces, ¿puedes hacer esto en la práctica?
Sí.
Otro mito es que truncar un fotón es demasiado difícil de ejecutar. Skaar dice que eso es falso.
Los fotones varían en longitud. Un fotón de banda estrecha puede extenderse por metros. O kilómetros.
Para un fotón tan largo, no se necesita un obturador increíblemente rápido. Sólo necesitas bloquear parte de su paquete de ondas.
El mecanismo es fascinante. En física clásica, el vacío está vacío. En mecánica cuántica, no lo es.
El estado de vacío contiene energía potencial.
Cuando se retira el espejo, el proceso convierte esa energía del vacío en energía fotónica real. El truncamiento no sólo corta la luz. Crea nueva luz desde el vacío.
Lo que realmente ves
Aquí está la parte más extraña.
El estado creado por este truncamiento es localmente equivalente a estados más simples, dependiendo de dónde se mire.
Imagine la región entre el espejo y la trayectoria del fotón.
A la izquierda de esta estrecha zona de transición, un observador ve un único fotón. Normal. Previsible.
A la derecha, un observador ve el vacío. Cero fotones. Espacio vacío.
¿Pero en esa delgada región de transición?
Es una brillante efusión de probabilidad. Un estado de mezcla que desafía el simple conteo.
Skaar admitió que es complicado.
Nos recuerda que en las escalas más pequeñas, la realidad no es sólida. Es fluido. Es probabilístico.
Creemos que entendemos la luz.
Nosotros no.
Y si intentas dividirlo, el universo podría darte el infinito. O nada.
Dependiendo de qué tan rápido se mueva tu espejo.
