El ojo humano es capaz de percibir fotones individuales

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Investigaciones sugieren que el ojo humano es capaz de detectar fotones únicos: la partícula de luz más pequeña posible.

El resultado, publicado en la revista Nature Communications, podría dar por concluido el debate sobre el límite máximo de la sensibilidad del sistema visual humano, un rompecabezas que han tratado de resolver los científicos desde hace décadas. Los científicos ahora están planteándose la posibilidad de utilizar el ojo humano para poner a prueba la mecánica cuántica con fotones individuales. Es interesante saber dónde está el límite de la visión humana, si bien probablemente nunca lleguemos a percibir, como se cree que hacen los perros y algunos primates, los campos magnéticos de la Tierra, historia que cubrimos aquí.

Los investigadores también descubrieron que el ojo humano es más sensible a los fotones individuales poco después de haber visto otro fotón. Esto fue “un fenómeno inesperado que hemos descubierto al analizar los datos”, dice el físico Alipasha Vaziri, de la Universidad Rockefeller en la ciudad de Nueva York en Estados Unidos.

(Imagen ampliable) Representación de la emisión de fotones en el experimento. Imagen: Valentina Caprara Vivoli

Experimentos previos han indicado que los seres humanos pueden ver repuntes de luz compuesta por sólo unos pocos fotones. Pero no existía un test que midiera de forma segura fotones individuales, que son difíciles de producir de forma fiable. Vaziri y sus colegas utilizaron una técnica de la óptica cuántica llamado conversión paramétrica espontánea descendente. En este proceso, un fotón de alta energía se convierte en dos fotones de baja energía en el interior de un cristal. Uno de los fotones resultantes se envía a los ojos del individuo, y el otro a un detector, que confirma que se han producido los fotones.

Durante el experimento, los sujetos permanecían atentos al destello débil de un fotón, que llegaba una de cada dos veces, ambos momentos indicados mediante un pitido. Los sujetos luego eligieron cuál de los pitidos creían que se asociaba con un fotón, y el grado de confianza con el que habían tomado su decisión.

En los 2.420 ensayos, a los participantes les fue ligeramente mejor que si las decisiones se hubieran tomado al azar. Dicha tasa de éxito, aparentemente poco llamativa, era de esperar. Dado que la mayoría de los fotones no llegan a hacer todo el camino a través del ojo hasta la retina, donde son percibidos, en la mayoría de los ensayos el sujeto no habría sido capaz de ver un fotón asociado a la señal sonora. Sin embargo, en los ensayos donde los participantes indicaron que estaban más seguros de su elección, acertaron un 60 por ciento de las veces. Dicha tasa de éxito sería poco probable si los humanos hubieran sido incapaces de ver los fotones; la posibilidad de semejante golpe de suerte es el 0,1 por ciento.

Observando fotones. Imagen: Alipasha Vaziri & IMP

“No es de extrañar que el acierto en el resultado pueda depender de la confianza”, dice el físico Paul Kwiat, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, que no estuvo involucrado en la investigación. Las pruebas donde el sujeto indicó un alto grado de confianza pueden representar los fotones que consiguieron viajar a través de la retina, sugiere Kwiat.

Además, los datos indican que los fotones individuales pueden ser capaces de alertar al cerebro para detectar destellos posteriores más tenues. Cuando los participantes habían visto otro fotón en los 10 segundos previos, tuvieron mejor suerte acertando el siguiente  fotón.

Los científicos esperan usar la técnica para probar si los humanos pueden observar directamente rarezas cuánticas. Los fotones pueden estar en dos lugares a la vez, un estado conocido como superposición cuántica. La técnica podría adaptarse para enviar dichos estados cuánticos a los ojos de un sujeto. Pero, según comenta Leonid Krivitsky, un físico de la Agencia de Ciencia, Investigación y Tecnología de Singapur, “soy bastante escéptico acerca de esta idea de observar la cuántica en el cerebro”. Las señales, sugiere, ya habrán perdido sus propiedades cuánticas para cuando lleguen al cerebro.

El hecho de que los humanos puedan ver fotones individuales puede parecer ser una cuestión puramente académica. Pero, como apunta Vaziri: “si te encuentras en algún lugar fuera de una ciudad en la naturaleza y sin la luz de la luna, y tienes sólo las estrellas para guiarte, en promedio, el número de fotones que entran en el ojo se aproxima a un único fotón”. Por lo tanto, dice, poseer ojos lo suficientemente sensibles como para percibir fotones individuales puede tener alguna ventaja evolutiva.

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2017-02-02T23:09:57+00:00