¿Pueden los humanos ver fotones individuales? Aunque parece una pregunta relativamente sencilla de responder, el problema está resultando ser más espinoso y complicado de lo que se sospechaba. Pero también influye profundamente en nuestras expectativas sobre los sensores del futuro.

El ojo humano es extremadamente sensible a la luz. Desde hace algún tiempo, los físicos saben que los bastones fotosensibles de la parte posterior del ojo pueden ser estimulados por fotones individuales. Pero no saben si este estímulo puede propagarse a través del sistema visual y cognitivo y conducir a la percepción.

La tecnología para probar la idea no ha estado disponible hasta hace poco. En los últimos años, los físicos han desarrollado pistolas de fotones capaces de producir pares de fotones bajo demanda con alta fiabilidad.

Foto: Ahora lo ves, ahora no.

Las parejas de fotones son importantes porque proporcionan una manera de monitorizar cuándo la pistola de fotones ha sido activada. Un fotón es enviado al experimento mientras que el otro es guardado por el experimentador, que entonces sabe que el arma ha disparado. El experimento en sí mismo es simple en esencia. Se trata de disparar un fotón a un ojo humano y luego analizar si el sujeto lo ha observado o no.

En la práctica, el experimento es bastante más complicado, sobre todo debido al gran número de ensayos necesarios para obtener un resultado estadísticamente significativo y la falta de fiabilidad de los observadores humanos.

El mes pasado, el investigador de la Universidad de Viena (Austria) Alipasha Vaziri  y unos colegas publicaron los resultados de su propia versión del experimento. Dispararon fotones únicos a los ojos de los sujetos humanos y les pidieron que apuntaran cuándo "veían" un fotón. También les pidieron que registraran la confianza de su observación en una escala de 1 a 3.

El experimento incluyó más de 30.000 ensayos, de los cuales 2.420 utilizaron fotones reales. Los sujetos observaron correctamente los fotones el 51,6% de las veces.

Esto lleva a Vaziri y compañía a una conclusión clara. "Los seres humanos pueden detectar la incidencia de un fotón único en la córnea con una probabilidad significativamente superior a la del azar", dicen en su artículo en Nature Communications.

Pero ese resultado está empezando a ser cuestionado. El investigador de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EEUU) Paul Kwiat y su equipo dicen que los datos no apoyan una conclusión tan robusta. Afirman que el experimento carece del poder estadístico para respaldar su conclusión. El equipo asegura: "No podemos concluir que los humanos puedan ver fotones individuales a partir de los datos de este estudio".

El grupo de Kwiat está bien posicionado para juzgar el trabajo, pues han llevado a cabo sus propios experimentos sobre los límites de la visión humana.

Así que, por el momento, el jurado aún no se ha pronunciado: todavía no podemos decir claramente si los humanos pueden observar fotones únicos.

Pero, ¿por qué es importante? La respuesta es que este tipo de trabajo explora los límites físicos de la biología. La energía de un solo fotón es casi inimaginablemente pequeña (del orden de 10^-19 julios). Y, sin embargo, el cerebro humano es una máquina húmeda y caliente que se ve regularmente inundada por el ruido.

La capacidad de detectar una cantidad tan pequeña de energía revelaría cuán poderosos son los sentidos biológicos, incluso en entornos húmedos y cálidos. Esa es una habilidad que los físicos y los ingenieros estarían ansiosos por imitar. Así que este trabajo, y el que es probable que le siga, establecerá el estándar para los bioingenieros. Independientemente de cuál sea el límite, esperamos avances tecnológicos significativos como resultado.

Ref: arxiv.org/abs/1707.09341: Correspondence: Still No Evidence for Single Photon Detection by Humans Nature Communications 7, número de artículo: 12172 (2016): Direct Detection of a Single Photon by Humans