Un equipo de investigadores irlandeses ha descubierto una nueva forma de luz que podría tener efectos profundos en nuestra comprensión de la naturaleza fundamental de la luz y, posiblemente, transformar el futuro de las comunicaciones ópticas. Los hallazgos han sido publicados en la revista Science Advances.

La luz viaja en línea recta, pero también rota alrededor de su propio eje. Se creía que el momento angular de estos fotones era un múltiplo de la constante de Planck, que establece la escala de los efectos cuánticos. Los investigadores teorizaron ciertos efectos cuánticos y se desaceleró el momento angular de estos fotones. Pasaron luz a través de un cristal y se confirmó la teoría, la capacidad de medición del momento angular de la mitad de la constante de Planck. El resultado es una nueva forma de luz, que podría tener efectos profundos en nuestra comprensión de la naturaleza fundamental de la luz y, posiblemente, transformar el futuro de las comunicaciones ópticas.

El descubrimiento realizado por el profesor Paul Eastham de la Escuela de Física y el Prof. John Donegan del Trinity College Dublin desde el centro de investigación CRANN respaldado por la Fundación Científica de Irlanda podría tener un impacto importante en términos de comunicaciones de fibra óptica.

Una de las características medibles de la luz se conoce como momento angular. Hasta ahora, en todas las formas de la luz, se pensaba que el momento angular eran múltiplos de la constante de Planck – la constante física que establece la escala de los efectos cuánticos. Sin embargo, los profesores fueron capaces de descubrir una forma de luz, donde el momento angular podría ser una fracción de esta constante más que un múltiplo.

«Lo que creo que es tan emocionante de este resultado es que incluso esta propiedad fundamental de la luz, que los físicos siempre pensaron que era fija, puede cambiarse ‘ afirmó el profesor Donegan quien explica que su investigación se centra en el estudio de la luz a escala nanométrica.

«Un haz de luz se caracteriza por su color o longitud de onda y una cantidad menos conocida en general llamada momento angular. El momento angular mide la cantidad en que algo está rotando” . Y añade «Nuestro descubrimiento tendrá un impacto real para el estudio de las ondas de luz en áreas como las comunicaciones ópticas seguras ‘

«Un haz, a pesar de que viaja en línea recta, también puede estar rotando sobre su propio eje. Por lo tanto, cuando la luz del espejo entra por nuestro ojo por la mañana, cada fotón tuerce el ojo un poco, de una manera u otra”.

Con el fin de llevar adelante este descubrimiento, el equipo involucrado utilizó un efecto descubierto en la misma institución hace casi 200 años. En la década de 1830, el matemático William Rowan Hamilton y físico Humphrey Lloyd hallaron que, al pasar por ciertos cristales, un haz se convertía en un cilindro hueco.

El equipo actual utilizó este fenómeno para generar haces con una estructura similar a un tornillo. Al analizar estos haces en el marco de la teoría de la mecánica cuántica, predijeron que el momento angular del fotón sería de medio entero, e idearon un experimento para poner a prueba su predicción.

Utilizando un dispositivo construido a propósito para este experimento, fueron capaces de medir el flujo del momento angular en un haz de luz. También fueron capaces, por primera vez, de medir las variaciones de este flujo causadas por los efectos cuánticos.

Los experimentos revelaron un pequeño cambio, de la mitad de la constante de Planck, en el momento angular de cada fotón. «Estamos interesados en saber cómo podemos cambiar la forma en que la luz se comporta, y cómo podría ser útil», explicó Eastham.

Los físicos teóricos desde la década de 1980 han especulado acerca de como funciona la mecánica cuántica para partículas que son libres de moverse sólo en dos de las tres dimensiones del espacio.

Descubrieron que esto permitiría nuevas posibilidades extrañas, incluyendo partículas cuyos números cuánticos eran fracciones de los valores esperados. Este trabajo demuestra, por primera vez, que estas hipótesis se pueden realizar con la luz.

Para el profesor Stefano Sanvito, director de CRANN, «El tema de la luz ha sido siempre una de los intereses para los físicos, a la vez que está documentado como una de las áreas de la física que se entiende mejor,» .»Este descubrimiento es un gran avance para el mundo de la física y la ciencia por igual. Me complace una vez más ver que CRANN y la física de TCD producen investigación científica fundamental que desafía nuestra comprensión de la luz».

Video del descubrimiento por Investigadores del Trinity College