El ser humano es capaz de percibir un solo fotón

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Un experimento reciente ha demostrado que las personas son capaces de detectar destellos de luz compuestos por un único fotón: un hallazgo que parece poner fin a 70 años de investigación sobre los límites de la visión humana. El estudio, publicado el pasado 19 de julio en Nature Communications, «da por fin respuesta a la antigua pregunta de si los humanos pueden ver o no fotones individuales: sí que pueden», apunta Paul Kwiat, experto en óptica cuántica de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign que no participó en el estudio. El investigador añade que las técnicas empleadas en el nuevo trabajo abren el camino para averiguar hasta qué punto las propiedades cuánticas de la materia —como la capacidad de un fotón de encontrarse en dos lugares al mismo tiempo— afectan a la biología.

«Lo más asombroso es que [la experiencia] no es como ver luz. Se trata casi de una sensación, algo situado al borde de la imaginación», explica Alipasha Vaziri, físico de la Universidad Rockefeller de Nueva York, quien dirigió el estudio y probó el experimento consigo mismo.

En el pasado, otros ensayos con células de rana habían demostrado que los bastoncillos de la retina (células sensibles a la luz presentes en el ojo de los vertebrados) se excitan ante la llegada de un solo fotón. Sin embargo, el procesamiento de la información en la retina tiende a reducir el «ruido» proveniente de falsas alarmas, por lo que hasta ahora no había sido posible confirmar si la señal procedente de un único bastoncillo acabaría llegando al cerebro. Y, en caso de que lo hiciese, tampoco estaba claro si una persona sería capaz de percibir dicho estímulo de manera consciente. Además, las investigaciones para poner a prueba los límites de la visión humana han tenido que esperar a que aparezcan técnicas de óptica cuántica capaces de generar de manera fiable fotones de uno en uno.

En junio del año pasado, Rebecca Holmes, física de la Universidad de Illinois que trabaja con Kwiat, obtuvo indicios que apuntaban a que el ojo humano sería capaz de percibir destellos compuestos por solo tres fotones (Kwiat explica que los resultados están aún sin publicar). Sin embargo, su equipo no llegó a examinar el umbral último de la percepción: la respuesta del organismo ante un único fotón.

En el experimento de Vaziri, tres sujetos debieron permanecer sentados en la oscuridad absoluta durante cerca de 40 minutos y dirigir su mirada a un sistema óptico. Al pulsar un botón, oían dos sonidos separados por un intervalo de un segundo. En algunas ocasiones, uno de los sonidos estaba acompañado de la emisión de un fotón. Los participantes debían decir en qué momento habían visto el fotón y cuantificar su grado de confianza en la percepción en una escala de 1 a 3.

Los sujetos fallaron en numerosas ocasiones, algo esperable por cuanto se sabe que más del 90 por ciento de los fotones que alcanzan el ojo no impactan en un bastoncillo, sino que son absorbidos o reflejados en otras partes del órgano. A pesar de todo, los participantes acertaron más veces de lo que cabría esperar por pura suerte; además, su grado de confianza en la percepción del estímulo resultó ser mayor cuando acertaban que cuando fallaban. Los tres voluntarios asistieron a un total de más de 2400 ensayos en los que se emitió un fotón, y a muchos más en los que no. Los autores sostienen que ese elevado número de intentos confiere una elevada confianza estadística al resultado.

No obstante, no todos los expertos creen que el trabajo sea concluyente. «El único aspecto que me hace ser escéptico es que solo participasen tres sujetos», objeta Leonid Krivitsky, físico de la Agencia para la Ciencia, la Tecnología y la Investigación de Singapur. Además, todos ellos eran varones, y se sabe que la fisiología visual de hombres y mujeres presenta sutiles diferencias, añade el investigador. A pesar de todo, Krivitsky se muestra convencido de que, si el experimento se repite con más voluntarios, el método empleado por los autores permitirá zanjar definitivamente la cuestión.

Ahora Vaziri se propone investigar la respuesta del sistema visual ante fotones preparados en distintos estados cuánticos; en particular, en aquellos en los que un fotón se encuentra en la superposición simultánea de dos estados. Algunos investigadores han sugerido que tales experimentos podrían servir para comprobar si la superposición cuántica de estados sobrevive en el sistema sensorial humano y, en caso de que lo haga, si puede ser percibida en el cerebro.

Más información en Nature Communications.

—Davide Castelvecchi/Nature News.

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