Diseñan un modelo físico que potenciaría la radiometría y la computación cuántica

UNAL/DICYT Los cromóforos, parte de las moléculas que absorben y reflejan la luz, siguen siendo un misterio para los físicos; descubrir su funcionamiento sería un gran avance para que la radiación identifique más fácilmente dónde hay células con cáncer, o en donde la seguridad informática es de más alto nivel. Científicos diseñaron y simularon un modelo novedoso que probaría que sí hay cambios en esta interacción.

En ese contexto, es importante señalar que el cromóforo es el que le da color a la luz, o sea que es el responsable de que nos maravillemos por el arcoíris o tengamos prendas de ropa favoritas porque “combinan”. Precisamente, en sus propiedades hay una poderosa herramienta para analizar cómo es que los fotones inciden en sus cambios de energía, tema que fascina a expertos desde hace varios años por su importancia para abrir la puerta al mundo de la cuántica.

Esta molécula orgánica, que contiene carbono y elementos que se encuentran fácilmente en la naturaleza, como hidrógeno, oxígeno, nitrógeno o fósforo, ayuda a que absorban o emitan luz. Además, contrario a las moléculas inorgánicas, no llegan a ser tóxicas ni contaminantes, y se pueden mantener estables y con sus propiedades intactas en temperaturas ambiente, por lo que no necesitan de refrigeración constante, que consume mucha energía y electricidad.

La investigadora Gina Tatiana Rodríguez Martínez, magíster en Física de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), con la ayuda y guía del profesor Herbert Vinck Posada, del Departamento de Física, utilizó todo su conocimiento sobre el comportamiento del cromóforo para probar un conjunto de mecanismos de bombeo –que se usan para suministrarle energía al sistema– y evaluarlo en un ambiente controlado y de luz confinada, y encontró que estos sistemas exhiben propiedades cuánticas que no se habían estudiado muy a fondo.

El proceso es similar a imaginar que hay dos espejos frente a frente y en la mitad hay una cavidad o un hoyo en donde están los cromóforos –en este caso son dos y componen la molécula–, y poco a poco, además de los rayos de luz que entran e interactúan con ellos, existe un dispositivo externo que emite energía de diversas maneras para que ver cómo cambian o interactúan entre sí.

La investigadora asegura que “los mecanismos de inyección de energía funcionan de dos formas distintas: una coherente, la energía se emite directamente sobre los cromóforos, y otra incoherente, en la que se emite al entorno en el que está la molécula, para que por medio de la interacción con las partículas le entreguen la energía necesaria”.

“La idea es que la frecuencia de la luz quede bien definida en la estructura que la confina, y que los fotones no se escapen, lo cual permitiría que la interacción entre la luz y la molécula conserve sus propiedades, y tengan un acople fuerte, en una especie de rebote que no para nunca. Un sistema que tendría grandes aplicaciones para que las emisiones conserven sus características y sean de mejor calidad y precisión en el ámbito médico”, amplía.

Para ello, valiéndose de la simulación computacional, construyó un modelo para observar qué ocurría con la vibración de los cromóforos al entrar en contacto con estas fuentes de energía, algo que no se había propuesto antes, pues los investigadores solo estaban enfocados en la molécula y no en estas condiciones de luz confinada o controlada, y en una cavidad.

Otra ventaja de las moléculas orgánicas es que estos sistemas pueden ser transparentes ante la radiación incidente, por lo que son atractivos en el diseño de dispositivos tecnológicos como computadores o sensores.

“Las vibraciones se comportan como un mediador para la interacción entre el material y la luz confinada, lo cual permite que se acoplen aunque tengan frecuencias diferentes. Cuando el sistema estaba sometido a un bombeo incoherente se observó que las vibraciones modificaron la densidad relativa y provocaron desplazamientos, supresión o aumento de la intensidad de algunos picos de emisión”, indica la magíster.

Las aplicaciones del hallazgo y de haberlo puesto a prueba en un modelo real son inimaginables a futuro, porque, dependiendo de cómo se “juegue” con la luz y las moléculas, se pueden desarrollar láseres y sensores que emitan de manera precisa la radiación y encuentren las células que tienen una actividad cancerígena, o encriptar un mensaje con tal seguridad que los hackers no puedan robar la información.

Este es un primer paso en el entendimiento de estas interacciones y la física moderna, que poco a poco va adentrándose más en el mundo de lo cuántico, una ventana al futuro de la tecnología más avanzada y rápida jamás antes pensada.