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Crédito: Animación de LaDarius Dennison
El hallazgo del bosón de Majorana demuestra que los fotones se pueden “dividir” por la mitad. Crédito: Animación de LaDarius Dennison
La investigación predice la existencia de una partícula previamente inimaginable.
Cuando el físico italiano Ettore Majorana sugirió que los electrones se podían dividir en dos mitades hace casi un siglo, la idea revolucionaria fue subestimada en gran medida. Ahora sirve como piedra angular de la física.
Aprovechando la misma curiosidad que Majorana, los investigadores del Grupo de Investigación Viola de Dartmouth predicen que también pueden existir fotones divididos.
“Este es un cambio de paradigma importante de cómo entendemos la luz de una manera que no se creía posible”, dice Lorenza Viola, profesora de física de la familia James Frank. “No solo encontramos una nueva entidad física, sino que nadie creía que pudiera existir”.
El descubrimiento teórico del fotón dividido, conocido como “bosón de Majorana”, avanza en la comprensión fundamental de la luz y cómo se comporta. La investigación que describe el descubrimiento se publicó este mes en Physical Review Letters.
Desde la izquierda, Vincent Flynn, Guarini ’22, del Grupo de Investigación Viola, y Lorenza Viola, profesora de física de la familia James Frank. Crédito: Foto de Eli Burakian ’00
“Cada fotón se puede considerar como la suma de dos mitades distintas”, dice Vincent Flynn, Guarini ’22, el autor principal del artículo. “Pudimos identificar las condiciones para aislar estas mitades entre sí”.
De manera similar a cómo el agua líquida puede convertirse en hielo o vapor en condiciones específicas, la investigación indica que la luz también puede existir en una fase diferente, una en la que los fotones aparecen como dos mitades distintas.
“El agua es agua independientemente de su forma líquida o sólida. Simplemente se comporta de manera diferente según las condiciones físicas”, dijo Viola. “Así es como debemos abordar nuestra comprensión de la luz: como la materia, puede existir en diferentes fases”.
“Hemos dividido algo que antes se pensaba que no se podía dividir, y nunca veremos la luz de la misma manera”.
LORENZA VIOLA, PROFESORA DE FÍSICA DE LA FAMILIA JAMES FRANK
En lugar de piezas que puedan separarse físicamente, las mitades de los fotones son similares a las dos caras de una moneda. Las dos partes distintas forman un todo, pero pueden describirse y funcionar como unidades separadas.
La teoría, en coautoría con Emilio Cobanera, profesor asistente visitante de física y astronomía, se desarrolló en Wilder Hall, el mismo edificio que albergaba el laboratorio donde una investigación histórica a principios del siglo XX midió la presión de radiación de la luz.
“Como científico al principio de su carrera, es increíblemente gratificante desarrollar las ideas de gigantes como Majorana y poder hacerlo en un departamento con una conexión histórica tan profunda con la física de la luz”, dice Flynn.
La nueva teoría se basa en cavidades con fugas de energía llenas de paquetes cuánticos de luz y predice que las mitades de partículas aparecen en los bordes de dicha plataforma sintética.
Crédito: Foto de Eli Burakian ’00
Todavía se requiere un experimento de laboratorio para confirmar que los fotones pueden existir en esta forma dividida previamente inimaginable. A diferencia de las estructuras masivas construidas para detectar el renombrado bosón de Higgs, se podría realizar una prueba para detectar mitades de fotones sobre una mesa utilizando la tecnología existente oa corto plazo.
Según el equipo de investigación, la investigación señala el camino hacia el descubrimiento de nuevas y exóticas fases de la materia y la luz. Es difícil predecir cómo se pueden aplicar los hallazgos, pero el bosón de Majorana podría ser compatible con la computación cuántica , los sensores ópticos y los amplificadores de luz.
“Para hacer este descubrimiento, tuvimos que desafiar creencias arraigadas y realmente pensar fuera de la caja”, dice Viola. “Hemos dividido algo que antes se pensaba que no se podía dividir, y nunca veremos la luz de la misma manera”.
Para obtener más información sobre esta investigación, consulte Nueva investigación predice la existencia de una partícula previamente inimaginable .
