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Generación de cintas de Möbius de luz

 

Accede al «post» completo en: Bandas de Möbius de luz

 

Un proyecto conjunto de investigación de científicos de Europa, Canadá y Estados Unidos de Norteamérica, ha logrado generar en laboratorio las tan conocidas bandas de Möbius, pero en este caso la novedad es que se han conseguido mediante la polarización de la luz, experimento que confirma una predicción teórica: el campo electromagnético de la luz para asumir esta forma tan peculiar.

Según el Dr. Robert W. Boyd, profesor de la óptica en las universidades de Ottawa y Rochester, «este es uno de los pocos ejemplos conocidos de una estructura tipo Möbius que aparece en la naturaleza«. Añadió, «estas cintas demuestran la diversidad de estructuras que puede poseer un haz de luz en, escalas de distancia de sublongitud de onda muy pequeñas«.

Máquina Rube Goldberg que funciona a base de un haz de luz

Una compañia japonesa de servicios de internet, Au HIkari, mando crea esta fascinante e intrincada máquina de Rube Goldberg.

La luz atraviesa por lentes, derrite hielo, quema cordones, atraviesa prismas y más para mostrar un interesante comercial.

Logran parar la luz durante un minuto

Actualidad Informática. Logran parar la luz durante un minuto. Rafael Barzanallana. UMU

Logran que un haz de energía que se mueve a casi 300000 kilómetros por segundo se detenga durante un minuto, para después proseguir su camino. El descubrimiento, aparte de hacernos soñar con sables de luz, abre las puertas a la internet cuántica, una red futura 100% segura e increíblemente rápida.

No es la primera vez que logran detener el avance de la luz. En 1999 consiguieron ralentizar su avance hasta sólo 17 metros por segundo. Hace sólo dos años lograron detenerla por primera vez, pero sólo durante una fracción de segundo. El logro de congelarla durante un minuto ha sido alcanzado por investigadores de la Universidad de Darmstadt, en Alemania.

Para parar la luz, lo primero que ha hecho el equipo de Darmstad es disparar un láser sobre un cristal opaco. Al recibir el impacto, los átomos del cristal entran en un estado de superposición cuántica que vuelve al material transparente a unas determinadas frecuencias. Un segundo láser ajustado en esas frecuencias es disparado al interior del cristal. En ese punto, los investigadores de Darmstadt diseñaron un algoritmo que equilibra campos magnéticos con la superposición creada por el láser para retener el segundo haz de luz hasta un minuto.

El hecho de que hayan logrado retener la luz significa que pueden utilizar este haz para guardar datos. Esta era la pieza que faltaba para crear un dispositivo hasta ahora teórico llamado Repetidor Cuántico. Este dispositivo serviría para conectar sistemas de memoria cuántica a largas distancias, y es un ingrediente fundamental de la internet cuántica.

Fuente: Physical Review Letters

Un fotón no es una onda o una partícula, sino un objeto cuántico irreducible

Actualidad Informática. Un fotón no es una onda o una partícula, sino un objeto cuántico irreducible. Rafael Barzanallana. UMU

Físicos del laboratoire de Physique de la Matière Condensée – LPMC (CNRS/UNS), del laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques – MPQ (CNRS/Univ. Paris Diderot) y de l’institut des Sciences Moléculaires d’Orsay – ISMO (CNRS/Univ. Paris Sud) han publicado en la revista Science, su trabajo en torno a las  propiedades de los fotones. En el campo de la física cuántica, el equipo ha hecho un gran descubrimiento. En efecto, se ha podido demostrar por primera vez, la transición entre los aspectos de onda y partícula de un fotón.

Este descubrimiento pone un «punto final» en el panel de discusión que se inició hace varias décadas en torno a los marcos de comportamiento que podrían ser consideradas como ondas o partículas. También abre nuevos caminos en la seguridad de las comunicaciones mediante la encriptación considerada inviolable, a través de la criptografía cuántica.

Propiedades específicas de fotones

En un enfoque nuevo, explican los investigadores, que se presenta a menudo como un objeto cuántico según el caso, ya sea una partícula localizada espacialmente y no puede interferir, o una onda, susceptible  de tener interferencias localizadas. La experiencia reciente muestra claramente que es necesario abandonar este punto de vista simplista: el comportamiento de un objeto cuántico, como el fotón no puede reducirse a una descripción binaria en términos clásicos de onda o partícula. Los investigadores han observado  fotones en estados de ondas y de partículas, aspectos se superponen en proporciones manejables. Esta propiedad también se demuestra en un experimento de «elección retardada».

Los experimentos sobre la dualidad onda / partícula se realizan mediante el envío de un objeto cuántico, como un solo fotón en un interferómetro. El fotón se encuentra con un divisor de haz primero. Si se coloca un detector en frente de cada una de las dos salidas de este  divisor, el fotón es detectado, ya sea uno u otro lado con una probabilidad del 50% para cada alternativa. Si, en cambio, las dos trayectorias se recombinan utilizando un segundo divisor de haz para formar un interferómetro, se observó interferencia en el dispositivo de salida, signos de comportamiento de las ondas.

Los físicos usaron un truco, por una parte para conseguir un interferómetro abierto para una de las polarizaciones del fotón y cerrado para el otro y, en segundo lugar, para llevar a cabo el experimento con fotones gemelos y entrelazados, es decir que tienen correlaciones cuánticas no separables. Mientras que un fotón, el fotón «test«, fue enviado al dispositivo, el segundo, que denotaremos  «gemelo» fue enviado a través de una fibra óptica a una  habitación  a distancia de 20 metros (para evitar la interferencia causal) y el otro de la demora con el fin de garantizar un período de 20 nanosegundos en la detección y por lo tanto la posibilidad de una selección de una base de detección posterior a la detección del prime rfotón (en el marco del laboratorio).

Objeto cuántico irreductible

La postselección de los eventos correspondientes a una polarización dada de gemelos entonces permitió a los autores considerar los hechos por los que se detectó el primer fotón por un interferómetro abierto ( tipo de detección de partículas), cerrado (tipo de detección de onda) o una combinación lineal de estos dos comportamientos. En este último caso, el fotón de prueba está en un estado de superposición de un tipo de «onda» y una instrucción como «partícula» y esto en proporciones manejables. Las medidas, en consonancia con las predicciones de la teoría cuántica, demuestran que es necesario dar una dualidad. Un fotón no es una onda o una partícula, sino un objeto cuántico irreducible.

Luz obtenida del vacío soporta la mecánica cuántica

Actualidad Informática.  Efecto Casimir genera luz del vacío. Rafael Barzanallana

El principio de la mecánica cuántica que dice que en el vacío no está vacío el espacio, sino lleno de partículas que fluctúan dentro y fuera de su existencia, se ha observado por primera vez en forma de fotones que se alentaban a salir de este estado virtual y ser capturados como la luz medible .
El principio, de 40 años de edad, conocido como el efecto Casimir dinámico (DCE), afirma que si  se permite que los fotones virtuales reboten en un espejo que se mueva a velocidades cercanas a la luz, se convierten en fotones reales. Científicos de la Universidad Tecnológica de Chalmers han logrado este efecto – con algunas modificaciones en el método. En lugar de variar la distancia física a un espejo, los científicos alteraron la distancia eléctrica a un circuito eléctrico que actúa como un espejo para microondas.

El «espejo» consiste en un componente de electrónica cuántica llamado SQUID (dispositivo superconductor de interferencia cuántica), que es extremadamente sensible a los campos magnéticos. Al cambiar la dirección del campo magnético varios billones de veces por segundo, los científicos hicieron al espejo vibrar a una velocidad de hasta el 25 por ciento de la velocidad de la luz. Mediante la transferencia de parte de su energía cinética a los fotones virtuales, el espejo les ayuda a materializarse.

Esto dio lugar a fotones que aparecen como pares dentro del vacío, y los pares se midieron en forma de radiación de microondas. Los científicos fueron capaces de establecer que la radiación tenía las mismas propiedades que predice la teoría cuántica para los fotones que se presentan en pares de esta manera. Los fotones aparecieron debido a que como carecen de masa requieren muy poca energía para ser excitados de su estado virtual. Esta observación también podría, en principio, crear otras partículas del vacío, incluyendo protones y electrones, pero requeriría más energía para hacerlo.

Mientras que los científicos piensan que los fotones pueden ser de utilidad para la información cuántica y el desarrollo de ordenadores cuánticos, el principal valor de la experiencia es que aumenta su comprensión de los conceptos físicos básicos, tales como las fluctuaciones del vacío. Estas fluctuaciones, dijeron, puede tener una conexión con la energía oscura, que impulsa la expansión acelerada del universo.

«Detrás del propio DCE, está una de las primeras demostraciones experimentales de la dinámica del campo electromagnético no adiabático (muy rápido), que es un campo potencialmente más amplio y general, lo que podría encontrar algunas aplicaciones», dijo Christopher Wilson, un científico de Chalmers .

«Los efectos de DCE y relacionados también son relevantes para la comprensión de algunos de los efectos en la cosmología de los inicios del universo, los agujeros negros, etc. Esto podría señalar el camino para algunos de los experimentos que pueden simular estos sistemas más exóticos. »

El trabajo apareció en  la revista Nature

¿Las pantallas del futuro van a estar compuestas de bacterias?

Investigadores acaban de completar la hazaña de hacer un panel de luz intermitente integrado por … bacterias .
En un momento en todo el mundo habla de píxeles para los televisores, ordenadores y modernas cámaras, es el momento de introducir el concepto de «biopixels«.

La revista Nature publicó un artículo con el trabajo de un increíble equipo de investigadores compuesto por Arthur Prindle, Samayoa Phillip, Razinkov Ivan, Dañino Tal, Lev S. Tsimring y Jeff apresurada. Todos ellos pertenecen a distintos laboratorios de la Universidad de California en San Diego (EE.UU.). Este equipo ha conseguido que paneles de luz formado por millones de bacterias sean capaces de brillar de manera constante y al mismo tiempo.

Para lograr sus fines, las proteínas fluorescentes se adjuntaron a «relojes biológicos» de cada una de las bacterias del aparato. Estos se dividieron en varias colonias. El siguiente paso fue para sincronizar todos los relojes, lo que permite todas las células vivas de la misma unidad que produce la luz al mismo tiempo. Finalmente, todas las colonias fueron sincronizados entre sí. El resultado final ofrece miles de juegos de bacterias, se compone de cientos de unidades de vida, capaces de brillar al mismo tiempo. Sólo queda que estas unidades de luz se ubiquen sobre una placa y se obtiene el panel deseado.

 

Este video (en Inglés) presenta las diferentes etapas de desarrollo de paneles de luz formado por millones de bacterias. También se pueden ver ejemplos de las operaciones y algunas aplicaciones prácticas. © UCsandiego / YouTube.

Paneles bacterianos intermitentes ¿Para qué?

Más allá de los logros técnicos representados por este descubrimiento, los autores destacaron la utilidad que su dispositivo puede tener en la vida ordinaria. Los paneles pueden ser utilizados como biosensores. Proporcionan información sobre la presencia o ausencia de diversos contaminantes, sustancias tóxicas o microorganismos patógenos. Que dependerá de la sensibilidad de las bacterias frente a estos agentes. El alcance y el ritmo de disminución del parpadeo, después, informará sobre el nivel de toxicidad   de los elementos detectados en tiempo real. Como prueba, se ha desarrollado un dispositivo para la detección de contaminación del aire por arsénico. Los sensores muestran otra de las ventajas biológicas: que se ejecutan continuamente en el momento en que muchos sistemas de detección de químicos pueden ser utilizados sólo ocasionalmente.

Ampliar información en: Futura Sciences

 

Medido el campo magnético de la luz en una fibra óptica

James Clerk Maxwell y Heinrich Hertz demostraron teórica y experimentalmente que la luz es una onda electromagnética. En las longitudes de onda ópticas los experimentos han logrado medir solamente la componente eléctrica del campo ya que la componente magnética es muchísimo más débil. Burresi et al. han logrado la primera medida directa de las componentes magnéticas de la luz a la salida de una fibra óptica de vidrio gracias a una sonda metálica nanoestructurada, una especie de microscopio por efecto túnel óptico. La microscopía óptica por campo cercano (SNOM o scanning near-field optical microscopy) permite observar la luz a una distancia menor que una longitud de onda (de dicha luz), es decir, su resolución no está limitada por la difracción de Abbe. Para la luz infrarroja en una fibra óptica, este límite difractivo impide observar la luz en distancias menores de 500 nm. (nanómetros). Gracias a la nueva técnica se han podido observar las características ópticas en la nanoescala de los campos magnéticos en pulsos de luz. Nos lo cuentan Harald Giessen, Ralf Vogelgesang, “Glimpsing the Weak Magnetic Field of Light,” Science 326: 529-530, 23 October 2009, haciéndose eco del artículo técnico de M. Burresi, D. van Oosten, T. Kampfrath, H. Schoenmaker, R. Heideman, A. Leinse, L. Kuipers, “Probing the Magnetic Field of Light at Optical Frequencies,” Science 326: 550-553, 23 October 2009.

El cociente entre la contribución al campo electromagnético de la luz de las componentes eléctrica y magnética por separado es de la constante de estructura fina al cuadrado, aproximadamente 4 órdenes de magnitud. Esta diferencia es tan grande que ha permitido observar experimentalmente la contribución magnética sólo en ondas de radio con una longitud de onda entre centímetros y metros. En el régimen óptico es necesario amplificar la componente magnética de alguna manera. En un metamaterial formado por pequeños anillos resonadores nanométricos (con un área de 100 nm. por 100 nm.) es posible realizar dicha amplificación de los campos magnéticos hasta en 6 órdenes de magnitud. Esta es la técnica que han utilizado Burresi et al. han logrado observar tanto el campo magnético como el eléctrico en una fibra óptica y han comprobado que están desfasados exactamente 90º, como la teoría predice, confirmando que la señal que interpretan como campo magnético realmente lo es.

Noticia completa en: Francis (th)E mule Science’s News
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Enlaces de interés:

Historia de la medida de la velocidad de la luz

Teorías sobre la naturaleza de la luz

Seguridad del estado con un toque de luz

Científicos descubren que la fuerza de la luz tiene una energía de “empuje”

Un equipo de investigadores de la Universidad de Yale ha descubierto una fuerza de la luz “repulsiva” que puede usarse para manipular componentes en microchips de silicio, lo que significa que futuros nanodispositivos podrían estar controlados por la luz en lugar de la electricidad.

El equipo descubrió anteriormente una fuerza de la luz “atractiva” que podría manipularse para mover componentes en interruptores semiconductores de diminutos sistemas micro y electro mecánicos en un chip. Los científicos han descubierto ahora una fuerza repulsiva complementaria. Los investigadores habían teorizado la existencia de ambas fuerzas desde 2005, pero la segunda había estado sin demostrarse hasta ahora. El equipo, liderado por Hong Tang, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería y Ciencia Aplicada de Yale, informa de sus hallazgos en la publicación on-line avanzada del 13 de julio de Nature Photonics.

“Esto completa el cuadro”, dijo Tang. “Hemos demostrado que esta es una fuerza de luz bipolar con componentes atractivos y repulsivos”.

Las fuerzas de luz atractivas y repulsivas que descubrió el equipo de Tang son distintas fuerza de presión de radiación de la luz, la cual empuja un objeto cuando la luz brilla sobre él. En lugar de esto, empujan o tiran en los laterales de la dirección en la que viaja la luz.

Anteriormente, los ingenieros usaron la fuerza atractiva que descubrieron para mover componentes de un chip de silicio en una dirección, tal como tirar de un interruptor a nanoescala para abrirlo, pero fueron incapaces de empujarlo en la dirección opuesta.

Usar ambas fuerzas significa que ahora tienen control completo en ambas direcciones. “Hemos demostrado que estas son fuerzas ajustables que podemos usar en ingeniería”, dijo Tang.

Para crear la fuerza repulsiva, o el “empujón”, en un chip de silicio, el equipo dividió un rayo de luz infrarroja en dos rayos separados y forzó a cada uno a viajar una longitud distinta de un nanocable de silicio, llamado guía de onda. Como resultado, los dos rayos de luz quedan desfasados uno respecto al otro, creando una fuerza repulsiva con una intensidad que puede controlarse – cuanto más desfasado estén los dos rayos, mayor será la fuerza.

“Podemos controlar cómo interactúan los rayos de luz”, dijo Mo Li, asociada de posdoctorado en ingeniería eléctrica en Yale y autor principal del artículo. “Esto no es posible en el espacio libre – sólo es posible cuando la luz está confinada en las guías de onda de nanoescala que se colocan muy cerca entre sí en el chip”.

“La fuerza de la luz es intrigante debido a que funciona de forma opuesta a los objetos cargados”, dijo Wolfram Pernice, otro profesor de posdoctorado en el grupo de Tang. “Las cargas opuestas se atraen entre sí, mientras que los rayos de luz desfasados se repelen en este caso”.

Estas fuerzas de luz pueden algún día controlar dispositivos de telecomunicaciones que requerirían mucha menos energía pero serían mucho más rápidos que sus homólogos actuales, comenta Tang. Un beneficio añadido de usar luz en lugar de electricidad es que puede ser enviada a través de un circuito sin casi interferencia en la señal, y se elimina la necesidad de un gran número de cables eléctricos.

Fuente: Ciencia Kanija

Bajo licencia Creative Commons

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Enlaces relacionados:

Tutoriales y divulgación sobre Física

Apuntes informática. Universidad de Murcia

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