La luz también se comprime: observan un fenómeno cuántico "imposible" de ver

“Imposible de medir”. Era la triste conclusión de un libro de texto de física cuántica publicado en 1981, acerca de un extraño fenómeno de la física cuántica consistente en estrujar la luz para reducir las interferencias electromagnéticas. A pesar de tener una base matemática y teórica, nadie había logrado medir un haz de luz comprimido. Hasta ahora.

Un equipo de investigadores ha demostrado que es posible exprimir las partículas individuales que componen la luz, denominadas fotones, mediante un átomo construido de forma artificial, tal y como se publica hoy en Nature. "Es un bonito ejemplo de cómo el desarrollo de la computación cuántica permitirá estudiar y observar conceptos fundamentales para la ciencia", explica a Teknautas el científico de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y autor principal del estudio, Mete Atature.

Es un hecho que donde hay partículas de luz también existen fluctuaciones electromagnéticas asociadas. Este ruido aumenta conforme crece la intensidad de la luz, y desaparece con ella. A nivel cuántico todo se vuelve más extraño: aunque no exista luz alguna, el ruido electromagnético se mantiene, lo que se conoce como fluctuación cuántica. Es decir, que aunque la lógica de la mecánica clásica indique que en ausencia de fotones lo único que habrá será la más absoluta oscuridad, la mecánica cuántica asegura que siempre quedará un residuo ambiental.

En el estado comprimido el ruido pasa de ser “un poco más de nada“ a “un poco menos de nada“

"Aunque apagues por completo una luz siempre existirán fluctuaciones de fondo", comenta Atature. El investigador lo compara con estudiar una superficie aparentemente plana al microscopio: aunque parezca completamente lisa a simple vista, al hacer zoom se comprueba que no lo es. Lo mismo ocurre en este caso: "Parece que no hay protones, pero en realidad hay un poco más que nada".

Hasta aquí todo parece más o menos lógico, pero si se dan las condiciones adecuadas, este ruido que es "un poco más que nada" puede convertirse en "un poco menos que nada". Este estado es lo que se conoce, en física cuántica, como estado comprimido, situación que se demuestra en el artículo de Nature. "Hemos comprobado que el ruido de la luz puede, en realidad, ser menor que no tener fotón alguno.

Estrujando a Heisenberg

El equipo de Atature logró observar este estado disparando un láser contra un átomo artificial, lo que produjo la emisión de fotones individuales de luz. Aprovechando el principio de Heisenberg en su favor, pudieron observar en una gráfica la forma estrujada de la luz, en la que el ruido electromagnético es inferior al esperado.

Para Atature las posibles aplicaciones de esta observación son secundarias, y lo realmente importante era observar una propiedad de la luz que nadie había observado antes. "Es como querer ver Plutón con más detalle. No tiene una aplicación ahora mismo, pero lo interesante es conocer más de lo que sabíamos previamente", comenta el investigador señalando la importancia de la curiosidad para la ciencia.

Esto no quiere decir que comprimir la luz no tenga aplicaciones. Al eliminar parcialmente el ruido "podría utilizarse para disminuir las fluctuaciones de las mediciones y aumentar su precisión", asegura Atature. "Además, si se pudiera generar una compresión muy fuerte, sería posible utilizar esta luz apretada para detectar ondas gravitacionales", extremadamente difíciles de observar en la actualidad.