Primera foto de la luz como partícula y onda
La
luz es una forma de energía que ilumina las cosas cuando es reflejada y las
hace visibles; se propaga mediante partículas llamadas fotones.
Los fotones
(o luz) se comportan tanto como
partícula u onda. Es una
partícula indivisible que se mueve, siempre, a una
velocidad constante, individualizada como “c”, que se ha llamado”velocidad luz”, la cual en el vacío es de 299.792,458 kilómetros
por segundo (se ha generalizado en redondearla en 300.000 Km/s). Es la máxima
velocidad de propagación posible en el Universo.
Tiene propiedades
corpusculares como ondulatorias (dualidad
onda-corpúsculo). Se
comporta como una onda en fenómenos como la refracción que tiene lugar en una lente, o en la
cancelación por interferencia destructiva de ondas reflejadas; sin embargo, se comporta como una partícula cuando interactúa con la
materia para transferir una cantidad fija de energía.
Los
científicos han tratado de de observar
directamente los dos aspectos de la luz al mismo tiempo, lo cual fue logrado
los investigadores de EPFL (École Polytechnique Fedérale
de Lausanne, Suiza / Escuela
Politécnica Federal de Lausanne, en español), que consiguieron captar la
primera fotografía instantánea del comportamiento dual de los fotones.
De
acuerdo al comunicado de EPFL:
“Cuando la luz UV golpea una
superficie de metal, que causa una emisión de electrones. Albert Einstein
explicó este efecto "fotoeléctrico", proponiendo que – según él pensaba
la luz sería sólo una onda - es también una corriente de partículas. A
pesar de que una gran variedad de experimentos la han observado con éxito como
Partículas y también su comportamiento como Onda de luz, nunca habían podido
observar las dos cosas al mismo tiempo.
Un equipo de
investigación dirigido por Fabrizio Carbone en la EPFL han llevado a cabo un
experimento con un giro inteligente: el uso de electrones a la luz de la
imagen. Los investigadores lograron
capturar por primera vez en la historia, una sola instantánea de la luz comportándose
simultáneamente como onda y una corriente de partículas.
El experimento se
configuró así: Un pulso de luz láser es disparado a un pequeña nanocable
metálico. El láser añade energía
a las partículas cargadas en el nanocable, haciendo que vibren. La luz viaja a lo largo de este
pequeño alambre en dos direcciones posibles. Cuando
las ondas que viajan en direcciones opuestas se reúnen entre sí forman una
nueva ola que parece que está de pie en su lugar.
En esta forma la
onda estacionaria se convierte en la fuente de luz para el experimento,
irradiando alrededor del nanocable. Aquí es donde esta el truco del
experimento: Los científicos dispararon una corriente de electrones cerca de
los nanocables, usándolos para la imagen de la onda estacionaria de la luz.
Como los
electrones interactúan con la luz confinada en los nanocables, o bien aceleran
o retrasan. Utilizando el
microscopio ultrarrápido lograron capturar en la imagen de la posición en la
que se produjo este cambio en la velocidad, el equipo de Carbone ahora podía
visualizar la onda estacionaria, que actúa como una huella dactilar de la
naturaleza ondulatoria de la luz.
Si bien este
fenómeno muestra la naturaleza de onda de la luz, demostró también simultáneamente
su aspecto de partícula. Como los
electrones pasan cerca de la onda estacionaria de la luz, "golpean" las
partículas de la luz, los fotones.
Como se mencionó
anteriormente, esto afecta a su velocidad, por lo que se mueven más rápido o
más lento. Este cambio en la
velocidad aparece como un intercambio de energía "paquetes" (quanto)
entre electrones y fotones. La
ocurrencia de estos paquetes de energía muestra que la luz en el nanocable se
comporta como una partícula.
Por supuesto, no
todos los científicos están de acuerdo con la declaración de los científicos de
la EPFL , que han
observado la luz como una partícula y una onda al mismo tiempo. Lea la opinión de Brian Koberlein de este tema.
La línea amarilla muestra el tiempo que tarda la luz en
recorrer el espacio entre la
Tierra y la
Luna , alrededor de 1,26 segundos para una distancia aprox. de 384.401 kilómetros (0,00256 UA).
En pocas palabras: Los científicos modernos
aceptan plenamente la dualidad onda-partícula de la luz. Pero, ¿Quién pensó que jamás veríamos
una foto de la luz como una partícula y una onda?
El trabajo del equipo de
científicos de la Escuela
Politécnica Federal de Lausana (EPFL) creador de esta imagen,
aparece en la Revista Nature
Communications que la
publicó el 2 de marzo de 2015.
Fuente: EarthSky
/ R&D / EPFL / Wikipedia et al.
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