Fotografiado el mayor misterio de la física

Un grupo de científicos suizos demuestra que los fotones de luz se comportan como onda y como partícula

Es uno de los mayores misterios de la ya de por sí misteriosa mecánica cuántica. Uno de esos motivos por los que a veces la física se vuelve incomprensible. A modo de misterio de la Trinidad (uno y trino) en versión científica, los físicos cuánticos llevan varias décadas asegurando que la luz es única y dual a la vez. Se comporta como una onda (digamos, como el sonido) y como una partícula (como un neutrón, por ejemplo). Y puede hacerlo al mismo tiempo, que es tanto como decir que una persona está sentada y de pie a la vez. Las partículas ocupan un lugar físico en el espacio, si se mueven dejan de ocupar el primero para pasar al segundo. Además, tienen masa. Las ondas son una prolongación espacial a una velocidad determinada y sin masa. Como la onda que hacemos en una cuerda al saltar a la comba.

La luz se comporta de ambas maneras. Lo sabemos por la física cuántica y por algunos experimentos clásicos que demuestran que la onda de una radiación luminosa se divide al chocar con un tablón en dos grietas, a modo de rejilla, y compone un patrón de sombras a su espalda, como si los perdigones de una escopeta se hubieran dispersado. Pero nunca se había conseguido capturar una imagen simple que inmortalizara precisamente ese momento en el que los fotones de luz se comportan como una onda. Hasta ahora se tenían muy buenos ejemplos de la luz como una u otra condición, pero no de ambas a la vez.

Científicos de la Escuela Politécnica General de Lausana se han aproximado al problema desde una perspectiva radicalmente distinta y han logrado capturar por primera vez en la historia ese instante en el que la luz se comporta en toda su naturaleza dual. Cuando la radiación ultravioleta impacta sobre una superficie metálica provoca una emisión de electrones. Ése es el fundamento por el que funcionan, por ejemplo, las células de los paneles solares para generar electricidad. Albert Einstein se mereció un premio Nobel por estudiar este fenómeno «fotoeléctrico» y descubrir que se producía porque la luz no es sólo una onda... también tiene su cara de partícula. Desde entonces, la física trata de demostrar que Einstein tenía razón con una sencilla observación experimental directa. Sin éxito hasta ahora.

Los investigadores suizos han elegido electrones para simular el comportamiento de la luz. Para ello han disparado un pulso de luz láser a un nanocable de metal. El láser carga de energía las partículas del cable y las hace vibrar. La luz viaja en ese cable en dos posibles direcciones, como dos carriles de una carretera. Cuando dos haces de luz se encuentran en dirección opuesta, generan una onda nueva (como si los coches se esquivasen girando el volante). Esa nueva onda se convierte en una nueva fuente de luz. Es en ese mismo momento cuando los científicos disparan un electrón al cable. El electrón al llegar al nudo donde los dos haces de luz se encuentran tiene que frenar o acelerar. Y midiendo el cambio de velocidad de la partícula se puede saber si la luz se está comportando como una onda o como una partícula. Es como si dos coches girasen y frenasen para no chocar y dejasen una huella en forma de onda en el pavimento. Los electrones han funcionado como la goma de los neumáticos que sirve de chivato de la conversión de la partícula en onda.

El experimento es de vital importancia porque por primera vez se ha podido visualizar un fenómeno relacionado con la mecánica cuántica.

Esta rama de la física es tan teórica que resulta difícil desarrollar modelos tangibles sobre ella. Pero sabemos que existe. De hecho, ya se está trabajando en el desarrollo de superordenadores miles de veces más potentes que los actuales que aprovechen las leyes de la mecánica cuántica. Con modelos como éste, estas tecnologías avanzarán a pasos agigantados.