La física moderna es un tema fascinante pero difícil. Es evidente que manipular las partículas elementales requiere de una instrumentación por demás sofisticada y ello lleva a grandes gastos por parte de los centros de investigación. Sin embargo, suele ser dinero bien gastado al final de cuentas.

Ahora sale la noticia de que científicos de la Universidad de Cambridge y el Imperial College London, han atrapado fotones dentro de una cavidad minúscula de oro, forzando a dichos fotones a interactuar con la materia formando un estado híbrido. Esta mezcla única, a la cual los científicos han denominado «acoplamiento fuerte» de luz y materia, se ha logrado por vez primera a temperatura ambiente, y ayudará a los científicos a desarrollar comunicaciones entre chips, manipular la información cuántica, entre muchas otras posibles aplicaciones, aunque ninguna de estas probablemente en un futuro muy cercano.

Hay que entender que cuando se manipula la materia para producir luz, por ejemplo, calentando un filamento de tungsteno (como en los focos), los fotones dejan el punto de origen a la velocidad de la luz, de acuerdo a los principios que Einstein nos enseñó en su teoría especial de la relatividad, y que estos ya no regresan. Pero si estos fotones pueden ser atrapados de alguna manera e interactuar con la materia una y otra vez (como se hizo en el estudio presentado por los investigadores), la luz y la materia pueden acoplarse fuertemente, creando un estado híbrido único en donde un fotón y una molécula están en un intercambio contínuo.

«Es un intercambio muy extraño, porque si se compara una molécula y la luz con un sistema como la leche con el té, cuando se echa leche al té, se mezcla y listo. No se espera que estos dos elementos estén mezclándose una y otra vez», dice el Profesor Ortwin Hess, líder del trabajo y agrega: «en el estado fuertemente acoplando, sin embargo, esto pasa con la luz y la molécula».

Antes este efecto ya había sido logrado en el laboratorio, pero en condiciones de temperaturas cercanas al cero absoluto. El equipo de científicos ahora han logrado bajar los costos logrando este extraño acoplamiento fuerte a temperatura ambiente. La estructura experimental, usando una capa muy delgada de oro, que actúa como un espejo, forma una «nanocavidad» entre la partícula de oro y la película, la cual es de unos 40 nanómetros cúbicos en volumen. Es tan pequeña que el fotón queda atrapado y forzado a este acoplamiento fuerte con las moléculas.

Una primera aplicación es la de crear minúsculos laser que trabajen explotando el efecto de los fotones atrapados en lugar de usar una cavidad óptica (la cual es simplemente una manera astuta de acomodar espejos), que se usa en los laser más grandes.

Los detalles del trabajo se publicaron en Nature.

Referencias: Imperial College,  GizMag