Resumen:
Se propone un nuevo modelo de fotón soportado por gran número de experimentos y resultados teóricos y prácticos que explican mejor la naturaleza de la luz, comparado con los modelos aceptados actualmente.
Se llevaron a cabo experimentos utilizando equipo de microondas con una frecuencia de 10.5 gigahertz con un diodo oscilador Gunn, que produce un rayo de radar de baja potencia y muy coherente.
En el primer experimento la polarización lineal se enfocó con un plato parabólico y la señal se recibió con una antena de cuerno y un diodo acoplado a un medidor de intensidad  de campo.
A la mitad de la trayectoria del rayo se colocó un plato metálico de forma que su orilla interceptara la mitad del rayo y se desplazó horizontalmente con un mecanismo tomando medidas de la intensidad de campo cada milímetro.
La gráfica obtenida demuestra que los espacios libres son el resultado del movimiento de una cicloide doble.
En el segundo experimento se utilizó el mismo arreglo, pero en este caso, el plato parabólico y la antena de cuerno, fueron reemplazados por dos antenas helicoidales. La gráfica obtenida fue diferente sugiriendo trayectorias helicoidales encontradas en polarización circular.
Estos dos experimentos sugieren que el fotón está constituido por dos partículas.

Historia de la Luz.
Desde el principio de los tiempos. los científicos han tratado de explicar la naturaleza de la luz. Newton en el siglo diecisiete aseguraba que la luz estaba formada por pequeños corpúsculos (partículas).
Después Huygens dijo que la luz era una onda, basando su afirmación en sus características ondulatorias (como una onda); no obstante el autor cree que una onda no es viable sin un medio en el cual se transmita.
Fue así que el concepto del "éter" (el medio) se inventó, pero los experimentos de Michelson y Morley demostraron que el "éter" no existía. Simultáneamente también demostraron un hecho más importante: la velocidad de la luz es constante.
Al principio de este siglo, Planck y Einstein no creyeron en la teoría ondulatoria de la luz, sino que apoyaron la teoría corpuscular y le llamaron fotones, cada uno formado por una partícula, viajando en línea recta cuando actúan en dimensiones mayores que su longitud de onda.
Sin embargo, al observar objetos muy pequeños cuyas dimensiones sean del mismo orden de magnitud de la longitud de onda de la luz, parece que la luz se dobla, de forma que su trayectoria es una curva y puesto que se ajusta matemáticamente a ecuaciones senoidales, se cree que la trayectoria de la luz es senoidal.
También Newton determinó que las partículas de luz roja son más grandes que las azules, siendo ambas corpúsculos. Reforzó el hecho, puesto que cuando dos rayos de luz se cruzan, prácticamente no ocurren colisiones. Solamente cuando los rayos de luz viajan en trayectorias ligeramente convergentes, tal como cuando se hacen experimentos de interferencia en una o dos ranuras, la luz interfiere con si misma, cancelando el rayo si la diferencia de fase es de 180 grados y doblando la intensidad si la diferencial es de 0 o 360 grados.

Errores en el modelo de Fotón actual.
Todas las radiaciones del espectro electromagnético (incluyendo la luz visible), desde las frecuencias de radio de onda larga, hasta los rayos cósmicos, están constituidas por fotones.
No obstante que los modelos actuales suponen al fotón como una partícula simple. los experimentos han demostrado que puede existir en dos lugares simultáneamente.
Si es solamente una sola partícula, es difícil entender porqué los fotones tienen un "spin" igual a uno, cuando la mayoría de las partículas subatómicas tienen "spins" de + - 1/2 ?
Este solo hecho sugiere dos partículas en vez de solo una para el fotón. O como sugiere Hawking para el spin de una partícula subatómica "Cuando las partículas tienen spin igual a uno, debe producirse un giro de 360º, para que su posición sea la misma que la inicial".
Otra concepción equivocada es definir el color de la luz por su longitud de onda, pero esto no toma en cuenta otros factores, puesto que también depende de su velocidad, que a su vez depende del medio en que se mueva, tal como el aire, el vacío, el agua, el cristal, etc.
Si la ecuación que establece que la velocidad es el producto de la longitud de onda por la frecuencia, entonces, cuando la velocidad disminuye que otra variable cambia ¿la frecuencia o la longitud de onda?
Puesto que el color no cambia al pasar por otros medios, esto sugiere que la frecuencia permanece constante y que la longitud de onda es lo que disminuye.
Por lo tanto el color depende solamente de la frecuencia. Pero ¿Como puede un fotón, siendo una particular sola, recordar su color? O en otras palabras ¿Cómo puede una sola partícula ser de frecuencia codificada?
El modelo actual de fotón no puede explicar las propiedades de diferentes polarizaciones, o como un fotón se mueve con polarización lineal o elíptica. Si el fotón es una sola partícula ¿Como se puede explicar que su carga total sea cero, si produce un campo eléctrico y magnético?

Nuevo modelo de Fotón.
Consideremos en equilibrio dinámico un fotón formado por dos partículas cuyas cargas sean opuestas y por lo tanto se atraigan una a la otra.
Esta atracción esta equilibrada por la fuerza centrífuga generada al girar una con respecto a la otra. Al girar partículas con carga eléctrica se genera un campo magnético perpendicular que también es perpendicular a un observador estacionario.
 

Definiciones del fotón considerado:
La distancia entre partículas: Es exactamente la longitud de onda dividida por Pi (3.1416):

Velocidad tangencial: La velocidad tangencial coincide con la velocidad de traslación y en el vacío es igual a:

Masa de la partícula: Es relativística, en otras palabras depende de la frecuencia. La masa de la partícula individual esta uniformemente repartida. De otra forma se obtendría una trayectoria desbalanceada. Masa individual de la partícula:

Carga de la partícula: Se calcula igualando la fuerza centrífuga a la fuerza electrostática de atracción:

Esta carga es 16.558 veces la carga de un electrón.
Energía del sistema: Es la suma de la energía cinética de traslación más la energía cinética de rotación:

Objetivos de los experimentos:
Cuando el movimiento de traslación es perpendicular al plano de rotación, entonces la trayectoria es en espiral. Llamada polarización circular. Cualquier posición intermedia produce una polarización elíptica.
De acuerdo con el modelo propuesto por Víctor Urbina, en un ambiente polarizado, las dos partículas que forman el fotón, se mueven con trayectorias como se visualiza abajo:
Polarización Lineal (rotación paralela en línea con esta página):

Los siguientes experimentos se llevaron a cabo con el objeto de observar si las trayectorias predichas por el modelo propuesto coinciden con las trayectorias detectadas por instrumentos de laboratorio. Los resultados fueron confirmados.

Experimentos.
Polarización Lineal (Rotación paralela en línea con esta página):
Para este experimento se utilizó un oscilador de diodo Gunn acoplado a una cavidad de resonancia ajustada a 10.5 Ghz. longitud de onda 2.885 cm. sin modulación y enfocado con una antena parabólica.
Se instaló una placa metálica provista de un mecanismo para su movimiento horizontal con su orilla en el centro de la trayectoria, midiendo cada milímetro de su traslación, como se observa en la figura.

Los resultados fueron trazados donde el eje horizontal coincide con el movimiento de la placa en centímetros y el vertical con la intensidad de campo en microwatts.

En esta gráfica se observa claramente que las trayectorias no son senoidales sino que coinciden exactamente con los espacios vacíos de la placa siguiendo trayectorias cicloidales dobles que son generadas por una rueda en su giro cuando la velocidad tangencial sea la misma que la velocidad de su desplazamiento.
Es interesante observar que los picos de potencia mínima coinciden exactamente con la mitad de la longitud de onda que es 1.4 cm. Se demuestra que la trayectoria de la radiación electromagnética no es sinusoidal. Las trayectorias son cicloidales en polarización en un plano. El movimiento armónico simple, genera esta trayectoria.

Polarización Circular (Rotación perpendicular a la página).
En este experimento se utilizó el mismo equipo, pero en lugar de la antena parabólica, se usaron dos antenas helicoidales. La orilla de la placa metálica en el centro del rayo se movió horizontalmente cada milímetro, midiendo la intensidad de campo como se muestra en la figura.
 

Trazando la distancia en el eje X en milímetros y la intensidad de campo en el eje Y (microwatts) y superponiendo la proyección de dos dimensiones de las dos trayectorias espirales que son dos figuras senoidales, se obtiene la siguiente figura.

Prueba de la Naturaleza de Doble Partícula de la Luz

Este modelo explica lo siguiente:

1.  La dualidad de la onda-partícula.

2. La razón por la que no es posible tener un fotón en reposo.

3.  No es posible distinguir si un fotón es emitido por material o antimateria, este solo hecho sugiere que el fotón debe tener dos cargas eléctricas opuestas.

4. Es posible con  este modelo tener visualización total de las tres diferentes polarizaciones.

5. Debido a las cargas eléctricas que son afectadas por electrones externos de la materia, se entiende bien el fenómeno de la difracción y la refracción tanto como las diferentes formas de interferencia obtenidas de una o dos ranuras.

6. La mejor prueba se hizo con un oscilador de microondas y un receptor midiendo la intensidad de campo, mostrando claramente las trayectorias de fotones en polarizaciones lineal y circular (veanse los experimentos).

Referencias a Como funciona la Luz.

[1]Feynman Richard R., The strange theory of light and matter, Princeton University Press,7th ed. p.37,(1988).

[2]M. Tischler, Microwave Antennas, Science Instruments Company SIC3634 (1988).

[3]Bhattacharyya Asoke K., High-Frecuency Electromagnetic Techniques: Recent Advances and Applications, pp.253-255, Wiley-interscience publication (1995)

[4]Natarajan T.S., Phys.Essays.,9,No.2, pp301-310, (1996)

[5]Natarajan T.S., Do Quantum Particles Have a Structure?, Department of Physics, Indian Institute of Technology.

[6]J. Courtial, D.A. Robertson, K. Dholakia, L. Allen, and M.J. Padgett, Phys. Rev. Lett. 81,22 (1998).

[7]Iwo Bialynicki-Birula, Zofia Bialynicka-Birula, Phys. Rev. Lett. 78,13 (1997).

[8]McKelvey and H. Grotch, Physics for science and engineering, Harla ,1ed (1980)

[9]Einstein A., Relativity, Special and General Theory (Translated by R.M.Lawson) Crown New York, (1961).

Autor:
Victor M. Urbina
QUIMICA FOLIAR
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