arXiv.org<\/a> el 5 de septiembre y a\u00fan no ha sido revisado por pares.<\/p>\n\n\n\nLa idea de este trabajo surgi\u00f3 en 2017. En ese momento, Steinberg y un colega de laboratorio, el entonces estudiante de doctorado Josiah Sinclair, estaban interesados \u200b\u200ben la interacci\u00f3n de la luz y la materia, espec\u00edficamente un fen\u00f3meno llamado excitaci\u00f3n at\u00f3mica: cuando los fotones pasan a trav\u00e9s de un medio y son absorbidos, los electrones que giran alrededor de los \u00e1tomos en ese medio saltan a niveles de energ\u00eda m\u00e1s altos. Cuando estos electrones excitados vuelven a su estado original, liberan esa energ\u00eda absorbida como fotones reemitidos, lo que introduce un retraso temporal en el tiempo de tr\u00e1nsito observado de la luz a trav\u00e9s del medio.<\/p>\n\n\n\n
El equipo de Sinclair quer\u00eda medir ese retraso temporal (que a veces se denomina t\u00e9cnicamente “retraso de grupo”) y averiguar si depende del destino de ese fot\u00f3n: \u00bfse dispers\u00f3 y absorbi\u00f3 dentro de la nube at\u00f3mica o se transmiti\u00f3 sin interacci\u00f3n alguna? “En aquel momento, no est\u00e1bamos seguros de cu\u00e1l era la respuesta y nos pareci\u00f3 que una pregunta tan b\u00e1sica sobre algo tan fundamental deber\u00eda ser f\u00e1cil de responder”, afirma Sinclair. “Pero cuanto m\u00e1s habl\u00e1bamos con la gente, m\u00e1s nos d\u00e1bamos cuenta de que, si bien cada uno ten\u00eda su propia intuici\u00f3n o suposici\u00f3n, no hab\u00eda un consenso entre los expertos sobre cu\u00e1l ser\u00eda la respuesta correcta”. Debido a que la naturaleza de estos retrasos puede ser tan extra\u00f1a y contraintuitiva, algunos investigadores hab\u00edan descartado el fen\u00f3meno como algo que carec\u00eda de sentido para describir cualquier propiedad f\u00edsica asociada con la luz.<\/p>\n\n\n\n
Despu\u00e9s de tres a\u00f1os de planificaci\u00f3n, su equipo desarroll\u00f3 un aparato para poner a prueba esta cuesti\u00f3n en el laboratorio. Sus experimentos implicaron disparar fotones a trav\u00e9s de una nube de \u00e1tomos de rubidio ultrafr\u00edos y medir el grado de excitaci\u00f3n at\u00f3mica resultante. Del experimento surgieron dos sorpresas: a veces los fotones pasaban ilesos, pero los \u00e1tomos de rubidio se excitaban igualmente, y durante el mismo tiempo que si los hubieran absorbido. M\u00e1s extra\u00f1o a\u00fan, cuando los fotones eran absorbidos, parec\u00edan ser reemitidos casi instant\u00e1neamente, mucho antes de que los \u00e1tomos de rubidio regresaran a su estado fundamental, como si los fotones, en promedio, estuvieran abandonando los \u00e1tomos m\u00e1s r\u00e1pido de lo esperado.<\/p>\n\n\n\n
Luego, el equipo colabor\u00f3 \u200b\u200bcon Howard Wiseman, un f\u00edsico te\u00f3rico y cu\u00e1ntico de la Universidad Griffith en Australia, para idear una explicaci\u00f3n. El marco te\u00f3rico que surgi\u00f3 mostr\u00f3 que el tiempo que estos fotones transmitidos pasaban como excitaci\u00f3n at\u00f3mica coincid\u00eda perfectamente con el retraso de grupo esperado adquirido por la luz, incluso en los casos en los que parec\u00eda que los fotones eran reemitidos antes de que la excitaci\u00f3n at\u00f3mica hubiera disminuido.<\/p>\n\n\n\n
Para entender este absurdo hallazgo, podemos pensar en los fotones como los objetos cu\u00e1nticos difusos que son, en los que no se garantiza que la absorci\u00f3n y reemisi\u00f3n de un fot\u00f3n determinado a trav\u00e9s de una excitaci\u00f3n at\u00f3mica ocurra durante una cierta cantidad fija de tiempo; m\u00e1s bien, tiene lugar a lo largo de un rango de valores temporales difusos y probabil\u00edsticos. Como lo demuestran los experimentos del equipo, estos valores pueden abarcar instancias en las que el tiempo de tr\u00e1nsito de un fot\u00f3n individual es instant\u00e1neo o, curiosamente, cuando concluye antes de que haya cesado la excitaci\u00f3n at\u00f3mica, lo que da un valor negativo.<\/p>\n\n\n\n
“Puedo prometerles que nos sorprendi\u00f3 completamente esta predicci\u00f3n”, dice Sinclair, refiri\u00e9ndose a la correspondencia entre el retraso del grupo y el tiempo que los fotones transmitidos pasaron como excitaciones at\u00f3micas. “Y tan pronto como estuvimos seguros de que no hab\u00edamos cometido un error, Steinberg y el resto del equipo (yo ya hab\u00eda hecho un posdoctorado en [el Instituto Tecnol\u00f3gico de Massachusetts]) comenzaron a planificar un experimento de seguimiento para probar esta loca predicci\u00f3n del tiempo de permanencia negativo y ver si la teor\u00eda se manten\u00eda”.<\/p>\n\n\n\n
Ese experimento de seguimiento, el dirigido por Angulo que Steinberg promocion\u00f3 en X, se puede entender considerando las dos formas en que un fot\u00f3n puede transmitirse. En una, el fot\u00f3n usa una especie de anteojeras e ignora al \u00e1tomo por completo, y se va sin siquiera asentir. En la otra, interact\u00faa con el \u00e1tomo, impuls\u00e1ndolo a un nivel de energ\u00eda m\u00e1s alto, antes de volver a emitirse.<\/p>\n\n\n\n
“Cuando ves un fot\u00f3n transmitido, no puedes saber cu\u00e1l de estos ocurri\u00f3”, dice Steinberg, y agrega que debido a que los fotones son part\u00edculas cu\u00e1nticas en el reino cu\u00e1ntico, los dos resultados pueden estar en superposici\u00f3n: ambas cosas pueden suceder al mismo tiempo. “El dispositivo de medici\u00f3n termina en una superposici\u00f3n de medici\u00f3n de cero y medici\u00f3n de alg\u00fan peque\u00f1o valor positivo”. Pero, en consecuencia, se\u00f1ala Steinberg, eso tambi\u00e9n significa que a veces “el dispositivo de medici\u00f3n termina en un estado que no parece ‘cero’ m\u00e1s ‘algo positivo’ sino como ‘cero’ menos ‘algo positivo’, lo que resulta en lo que parece un signo incorrecto, un valor negativo, para este tiempo de excitaci\u00f3n”.<\/p>\n\n\n\n
Los resultados de las mediciones del experimento de Angulo y sus colegas sugieren que los fotones se desplazaban a trav\u00e9s del medio m\u00e1s r\u00e1pidamente cuando excitaban los \u00e1tomos que cuando \u00e9stos permanec\u00edan en su estado fundamental. Los fotones no comunican ninguna informaci\u00f3n, por lo que el resultado no contradice el l\u00edmite de velocidad de “nada puede viajar m\u00e1s r\u00e1pido que la luz” establecido por la teor\u00eda especial de la relatividad de Einstein.<\/p>\n\n\n\n
“Un retraso temporal negativo puede parecer parad\u00f3jico, pero lo que significa es que si se construyera un reloj ‘cu\u00e1ntico’ para medir cu\u00e1nto tiempo pasan los \u00e1tomos en el estado excitado, la manecilla del reloj, en determinadas circunstancias, se mover\u00eda hacia atr\u00e1s en lugar de hacia adelante”, dice Sinclair. En otras palabras, el tiempo en el que los fotones fueron absorbidos por los \u00e1tomos es negativo.<\/p>\n\n\n\n
Aunque el fen\u00f3meno es asombroso, no tiene ning\u00fan impacto en nuestra comprensi\u00f3n del tiempo en s\u00ed mismo, pero s\u00ed ilustra una vez m\u00e1s que el mundo cu\u00e1ntico a\u00fan tiene sorpresas guardadas.<\/p>\n\n\n\n
“[Angulo] y el resto del equipo han logrado algo realmente impresionante y han producido un hermoso conjunto de mediciones. Sus resultados plantean preguntas interesantes sobre la historia de los fotones que viajan a trav\u00e9s de medios absorbentes y requieren una reinterpretaci\u00f3n del significado f\u00edsico del retraso de grupo en la \u00f3ptica”, afirma Sinclair.<\/p>\n\n\n\n
Fuente: Scientific American<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Los f\u00edsicos cu\u00e1nticos est\u00e1n familiarizados con fen\u00f3menos extra\u00f1os y aparentemente sin sentido: los \u00e1tomos y las mol\u00e9culas a veces act\u00faan como part\u00edculas, a veces como ondas; las part\u00edculas pueden estar conectadas entre s\u00ed por una “acci\u00f3n fantasmal a distancia”, incluso a grandes distancias; y los objetos cu\u00e1nticos pueden desprenderse de sus propiedades como el Gato […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[4],"tags":[],"class_list":["post-61631","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-fisica"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/einsteresante.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/61631","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/einsteresante.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/einsteresante.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/einsteresante.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/einsteresante.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=61631"}],"version-history":[{"count":7,"href":"https:\/\/einsteresante.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/61631\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":61638,"href":"https:\/\/einsteresante.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/61631\/revisions\/61638"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/einsteresante.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=61631"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/einsteresante.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=61631"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/einsteresante.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=61631"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}