¿Qué acaba de pasar? Los físicos han logrado convertir partículas ligeras en lo que describen como «un estado exótico de la materia», un gas unidimensional. Lo hicieron confinando los fotones en un espacio pequeño y enfriándolos. Los resultados fueron sorprendentes, por decir lo menos.
El experimento, llevado a cabo por equipos de la Universidad de Bonn y la RPTU (Universidad de Kaiserslautern-Landau), se inspiró en un hecho cotidiano: una manguera de jardín llenando un estanque en lugar de llenar un canalón. Cuando el agua llega a la superficie del estanque, fluye y cualquier cambio en el nivel del agua es mínimo porque está dispersa. Pero si viertes ese chorro de agua en una canaleta estrecha, se crean ondas concentradas que viajan a lo largo de la canaleta.
«Cuanto más estrecha es la canaleta, mayor es la amplitud de la onda y, por tanto, ‘más unidireccional'», señalaron los investigadores.
Básicamente, los físicos han acortado este fenómeno creando «canalones microscópicamente pequeños» para confinar la luz en una trayectoria uniforme. Su configuración consiste en llenar un pequeño recipiente con una solución de tinte y estimularlo con un láser. Los fotones resultantes se dispersan entre las paredes reflectantes, perdiendo energía con cada colisión contra las moléculas de tinte hasta que finalmente se disuelven en el gas de fotones.
Es importante destacar que las dimensiones de este material fotónico se pueden ajustar aún más ajustando las superficies reflectantes dentro del contenedor.
«Hemos podido aplicar un polímero transparente a superficies reflectantes para producir protuberancias microscópicamente pequeñas», explica Julian Schulz de la RPTU. «Estas protuberancias nos permiten atrapar fotones en una o dos dimensiones y condensarlos».
«Estos polímeros actúan como una especie de canalón, pero en este caso para la luz», afirma Kirankumar Kurkehali Umesh, autor principal del estudio. «Cuanto más estrecha es la canaleta, más en una dirección se mueve el gas.
Hablando de comportamiento unidimensional, los investigadores descubrieron que las reglas que gobiernan estos estados inusuales difieren de las de los gases de fotones 2D tradicionales. Por ejemplo, las transiciones de fase comienzan a deteriorarse. En el caso normal, el material sufre un cambio de fase exacto: piense en agua congelada a 32°F. Sin embargo, en dimensiones pequeñas, el flujo térmico puede alterar esto.
«En los gases fotónicos se producen las llamadas fluctuaciones térmicas, pero son tan pequeñas en dos dimensiones que no tienen ningún efecto real. Sin embargo, en una dimensión estas fluctuaciones pueden – en sentido figurado – generar grandes ondas», explicó Vewinger.
Podría parecer que los investigadores han violado las leyes de la física cuántica, pero no es así. Las propiedades de los gases todavía los gobiernan: estos gases se denominan «gases cuánticos degenerados». Comparan estos gases con el agua, que puede convertirse en aguanieve a bajas temperaturas sin congelarse por completo.
Sin embargo, el estudio sigue siendo esclarecedor porque los investigadores pudieron demostrar que los gases de fotones unidimensionales no son en realidad verdaderos puntos de condensación. De cara al futuro, quieren profundizar en el fenómeno de la difusión de diferentes dimensiones y al mismo tiempo abrir nuevas aplicaciones utilizando «efectos ópticos cuánticos».
Crédito de la imagen: Volker Linnet/Unibon
