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De la teoría al experimento: ¿Cómo predijo Maria Goeppert-Mayer la absorción de dos fotones?
La absorción de dos fotones (TPA) es un fenómeno fascinante en la física atómica, un concepto que tiene sus raíces en la exploración científica de principios del siglo XX. Maria Goeppert Mayer predijo por primera vez este proceso en 1931 en su tesis doctoral y mostró cómo los fotones pueden influir en los estados excitados de los átomos o moléculas en diferentes condiciones. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, especialmente la invención del láser, esta teoría fue pronto verificada mediante experimentos y atrajo amplia atención de la comunidad científica.
La absorción de dos fotones se define como la absorción simultánea de dos fotones en un estado de energía virtual, que excita un átomo o molécula de un estado a un estado de energía superior.
La absorción de dos fotones no sólo es una teoría importante en la física atómica, sino que también representa un proceso óptico no lineal, donde la probabilidad de absorción es proporcional al cuadrado de la intensidad de la luz. Con el desarrollo de láseres y otras fuentes de luz de alta intensidad, los científicos pueden observar la absorción de dos fotones en ciertos materiales, lo que proporciona una nueva forma de explorar la interacción entre la luz y la materia.
Cabe destacar que el proceso de absorción de dos fotones se puede dividir en absorción degenerada, que ocurre en fotones de la misma frecuencia, y absorción no degenerada, que ocurre en fotones de diferentes frecuencias. Las predicciones de Mayer sentaron las bases para el estudio de este complejo fenómeno, pero su teoría no recibió una atención generalizada en su momento y la gente no empezó a tomar en serio su trabajo hasta décadas después.
La predicción de Mayer sobre la absorción de dos fotones fue propuesta por primera vez en su tesis doctoral, y la formación de esta teoría está estrechamente relacionada con el modelo óptico temprano.
Además, el proceso de absorción de dos fotones predicho por Mayer implica el pensamiento mecánico cuántico. En este marco, la luz se considera como fotones y se afirma que la absorción de dos fotones requiere que la energía de los fotones sea capaz de salvar la brecha energética dentro del átomo. Esto significa que los científicos que estudian este fenómeno deben utilizar técnicas ópticas correspondientes, como láseres sintonizables, para observar características de absorción claras.
La posibilidad de absorción de dos fotones depende no sólo de la intensidad de la luz, sino también del grado de adaptación de la luz y del control preciso de la fuente de luz.
La verificación experimental posterior, como la observación de la fluorescencia excitada por dos fotones en cristales dopados con bario, marcó la aplicación exitosa de la teoría de Mayer. Estos primeros hallazgos allanaron el camino para observaciones posteriores de fenómenos de absorción de dos fotones en otros materiales como el vapor de germanio y el sulfuro de cadmio.
A medida que profundizamos nuestra comprensión del proceso de absorción de dos fotones, el estudio de las reglas de selección se ha convertido gradualmente en un foco de atención. Las reglas de selección para la absorción de dos fotones son diferentes a las de la absorción de un solo fotón, lo que permite que ciertas moléculas experimenten una conversión de fotones eficiente en condiciones ópticas específicas, lo que fortalece aún más la importancia de la absorción de dos fotones en la ciencia de los materiales modernos.
La absorción de dos fotones se puede medir utilizando una variedad de técnicas, incluida la fluorescencia de dos fotones, el escaneo Z, la autodifracción y la transmisión no lineal.
Mediante estas técnicas, los investigadores pueden obtener cambios en la sección transversal de absorción de dos fotones en diferentes longitudes de onda, lo que es crucial para el desarrollo de nuevos materiales y aplicaciones ópticas. Al mismo tiempo, estos estudios también resaltan el potencial de los materiales ópticos no lineales en dispositivos optoelectrónicos.
Aunque el fenómeno de la absorción de dos fotones ha sido ampliamente estudiado y validado, muchos científicos e ingenieros siguen siendo conscientes de que hay muchos procesos físicos que aún no se han comprendido ni explorado por completo. Con el avance de la ciencia y la tecnología, constantemente se diseñan nuevos materiales y métodos, lo que significa que aún tenemos un largo camino por recorrer en el estudio de la absorción de dos fotones. ¿Cómo afectarán las futuras exploraciones nuestra comprensión y aplicación de los fenómenos ópticos?
