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Unificando aspectos de la mecánica clásica y cuántica

Las ondas de luz clásicas y las ondas de materia de la mecánica cuántica muestran sorprendentes similitudes en el caso de ciertas propiedades dinámicas. Un equipo de científicos reveló su naturaleza unificadora con interesantes aplicaciones potenciales.
Unificando aspectos de la mecánica clásica y cuántica
Los fenómenos presentes tanto en mecánica clásica como en mecánica cuántica están generando gran interés por sus potenciales aplicaciones en espintrónica, computación cuántica y otros campos. Las técnicas y los experimentos posibles en el ámbito de la óptica moderna, incluyendo la fotónica, ofrecen la oportunidad de probar las ideas de la mecánica cuántica en sistemas de mecánica clásica (ópticos o electromagnéticos).

Un equipo de científicos inició el proyecto «Geometrical aspects of spin and vortex dynamics in electromagnetic and matter waves» (SPIVOR), financiado por la Unión Europea, para analizar las similitudes en la dinámica del espín y la dinámica de vórtices en sistemas mecánicos clásicos y cuánticos. El espín es una entidad mecánica estrictamente cuántica de las partículas elementales, una forma intrínseca de momento angular que no tiene nada que ver con la rotación (a diferencia del momento angular orbital) y que está cuantificada en valores discretos. También es característico de electrones y fotones, la unidad cuántica de la radiación electromagnética.

La mayoría de las partículas con espín tienen un momento magnético, y los vórtices magnéticos de la mecánica cuántica —pequeños «huracanes» de magnetismo con el tamaño de unos pocos átomos— han atraído un intenso interés por su potencial aplicación para el almacenamiento magnético de información. SPIVOR abordó los problemas del acoplamiento espín-órbita y el momento angular en óptica y mecánica cuántica con posibles aplicaciones para la fibra óptica, los metamateriales (materiales con propiedades no presentes en la naturaleza) y la teledetección de las turbulencias atmosféricas.

Los investigadores desarrollaron descripciones teóricas de los fenómenos que luego fueron probadas experimentalmente para su verificación. Los resultados unificaron cuestiones previamente inconexas, destacando las interrelaciones fundamentales entre ellas y proporcionando una comprensión más profunda de la interacción espín-órbita y el momento angular en las ondas ópticas y electrónicas. Además, el proyecto desarrolló nuevos métodos para manipular y medir fenómenos en materiales y nanoestructuras que sin duda permitirán avanzar en campos interrelacionados como la optoelectrónica, la magnetoelectrónica y la espintrónica.

SPIVOR ha revelado la naturaleza unificadora de la dinámica del espín y la dinámica de vórtices en ondas de luz clásicas y ondas de electrones cuánticas, permitiendo profundizar en su comprensión fundamental y una abriendo la puerta a una plétora de aplicaciones interesantes.

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