La búsqueda por entender los fotones, esas partículas elementales que constituyen la luz, ha dado un giro sorprendente. Tradicionalmente, asignar una forma específica a un fotón ha sido un desafío monumental debido a su dualidad onda-partícula. Esto significa que, dependiendo de cómo se les observe, los fotones pueden parecer tanto partículas como ondas, haciéndolos inherentemente difíciles de definir en el reino cuántico, que está basado en incertidumbres permanentes.

Los fotones no solo son vistos como partículas sin masa, sino que también pueden ser considerados como excitaciones en el campo electromagnético. En términos simples, son la manifestación de energía más pequeña que conocemos como luz.

Recientemente, un equipo de investigadores ha logrado un avance crucial al describir la forma de un único fotón. Este estudio, publicado en la prestigiosa revista Physical Review Letters, profundiza en los detalles que permiten predecir cómo se emiten estos cuantos de luz desde los átomos y cómo son definidos por su entorno. Este descubrimiento abre un nuevo horizonte de posibilidades sobre cómo la luz interactúa con la materia a nivel cuántico.

"Nuestros cálculos transformaron un problema aparentemente insoluble en uno que ahora puede ser calculado", explica Benjamin Yuen, físico de la Universidad de Birmingham, Reino Unido. Y, como resultado inesperado de este modelo, el equipo logró producir una imagen de un fotón, algo que nunca había sido capturado en la física hasta ahora.

El verdadero atractivo de este modelo es su capacidad para describir con precisión cómo las diminutas partículas de luz viajan hacia el llamado campo lejano, que se refiere a una región distante del campo electromagnético que rodea a un objeto. En investigaciones anteriores, había una desconexión entre el campo cercano y el campo lejano, dejando una visión incompleta de los sistemas de luz a nivel cuántico.

"Este estudio no solo amplía nuestra comprensión sobre el intercambio de energía entre la luz y la materia, sino que también nos permite entender cómo la luz irradia hacia su entorno", concluye Yuen. Anteriormente, se pensaba que gran parte de esta información era 'ruido', pero ahora se revela que contiene una riqueza de datos que podemos analizar y aplicar en futuras investigaciones.

La investigación en esta área puede tener aplicaciones potenciales que van desde la mejora de las tecnologías de comunicación óptica hasta el desarrollo de nuevos enfoques en la computación cuántica. Sin duda, estamos inaugurando una nueva era de exploración en la física fundamental.