Y se hizo la luz...del vacío

En el mundo subatómico, donde reina la física cuántica, ocurren fenómenos extraños que parecen chocar contra nuestra intuición. Uno de los más sorprendentes es que eso que llamamos vacío no está vacío. Se trata en realidad de un hervidero de partículas y antipartículas que constantemente se crean y se destruyen mutuamente. De acuerdo con el Principio de Heisenberg, uno de los pilares de la física cuántica, estos pares de partículas se crean por incertidumbre en la energía; podríamos decir que toman prestada la energía necesaria para su creación y luego rápidamente se destruyen y desaparecen, devolviéndola de nuevo. Su existencia es tan breve que no pueden ser observadas directamente; de ahí que se les llame partículas virtuales. Pero sus efectos indirectos sí pueden ser medidos.

 

Hendrik Casimir (1909-2000)Uno de esos efectos es el llamado efecto Casimir, que debe su nombre al físico holandés Hendrik B. G. Casimir (1909-2000). Casimir propuso en 1940 que si se colocan en el vacío dos espejos paralelos muy próximos entre sí, las partículas virtuales que existen alrededor ejercen una fuerza sobre ambos espejos que tiende a acercarlos.

La idea es que en el hueco que queda entre ambos espejos no se puede crear cualquier partícula virtual, sino sólo aquellas cuya longitud de onda sea igual o menor que esa distancia (en física cuántica, cada partícula tiene asociada una longitud de onda). Esta limitación no ocurre en las caras exteriores, por lo que el número de partículas virtuales que se crean ahí es mayor que en sus caras interiores. Esto provoca que haya más partículas que reboten contra los espejos por fuera que por dentro, lo que resulta en una fuerza (muy pequeña, sí, pero fuerza al fin y al cabo) que las atrae.

El resultado es sorprendente, pues esta fuerza que junta los espejos surge del vacío, de la nada. Muchos de los colegas de Casimir dudaron de su existencia, entre ellos figuras tan importantes como Wolfang Pauli, uno de los padres de la mecánica cuántica. En 1951, durante un congreso celebrado en Heidelberg, Pauli tuvo una fuerte discusión con Casimir a cuenta del dichoso efecto. Cuando comprobó que Casimir rebatía una a una sus objeciones, terminó por llamarle cabezota. El tiempo demostró que el cabezota era Pauli: en 1997 dos equipos de investigación de los Estados Unidos consiguieron medir experimentalmente el efecto Casimir.

Durante décadas, los teóricos han predicho que un efecto similar podía producirse en el vacío, cuando un espejo se moviera muy rápidamente, a velocidades cercanas a las de la luz. Este espejo podría reflejar los fotones virtuales en su superficie, y al hacerlo transferirles parte de su energía cinética, consiguiendo que se materializaran como fotones reales.

Este increíble fenómeno se conoce como efecto Casimir dinámico y hasta hace bien poco nadie lo había comprobado experimentalmente. Pero en la Universidad Tecnológica Chalmers de Suecia, un equipo de investigadores encabezados por Christopher Wilson lograron hace unos meses transformar algunos de esos fotones virtuales en fotones reales. Es decir, crearon luz del vacío.

Como en la realidad resulta imposible tener un espejo que oscile a esa velocidad, los científicos suecos desarrollaron otro método para obtener el mismo efecto. Diseñaron un circuito que hacía la veces de un espejo, gracias un componente electrónico conocido como SQUID (dispositivo superconductor de interferencia cuántica), muy sensible a los campos magnéticos. Al aplicar un campo magnético del orden del gigahercio, los científicos consiguieron que este “espejo” vibrara al 5% de la velocidad de la luz. Fue entonces cuando pudieron observar una lluvia de fotones muy reales que surgía del vacío.

¿Por qué este tipo de partículas y no otro? El motivo es que el fotón carece de masa y se necesita poca energía para excitarlo y sacarlo de su estado virtual. Los científicos piensan que, aportando mucha más energía, se podrían “recuperar” otras partículas más pesadas del vacío, como electrones o protones.

Para redondear el experimento, los científicos también comprobaron que la frecuencia de estos fotones encajaba a la perfección con las predicciones de la teoría cuántica. Como indican humildemente en el artículo publicado en Nature el pasado mes de noviembre, ellos “creen que estos resultados representan la primera observación experimental del efecto Casimir dinámico”.

Aunque ahora mismo no se vislumbran aplicaciones prácticas, la demostración del efecto Casimir dinámico tiene un enorme valor. Primero, porque supone otra prueba más de la validez de la física cuántica. Y segundo, y más importante, nos puede ayudar a entender algunos fenómenos tan fundamentales como la evolución del Universo. Según algunos modelos, las fluctuaciones de energía en el vacío habrían propulsado la expansión del Universo durante los primeros instantes de su existencia, hace miles de millones de años.

Uno empieza hablando del vacío y termina conectándolo con la expansión del Universo...¿No es maravilloso?

Daniel Martín Reina

Referencias:

C. M. Wilson, G. Johansson, A. Pourkabirian, J. R. Johansson, T. Duty, F. Nori, & P. Delsing (2011). Observation of the Dynamical Casimir Effect in a Superconducting Circuit Nature arXiv: 1105.4714v1

Facebooktwittergoogle_plusredditpinterestlinkedin

3 Comentarios en “Y se hizo la luz...del vacío”

  1. Daniel Martín Reina Diciembre 9, 2011 at 6:10 pm #

    Muchas gracias, Carlos. Comentarios como el tuyo motivan y hacen que esto merezca la pena.
    Un cordial saludo.

  2. carlosz22 Diciembre 8, 2011 at 2:48 pm #

    Cojonudo el artículo. Posiblemente el mejor que he leído hasta ahora en esta web (sin desmerercer al resto).

    Lo has explicado perfectamente y a un nivel que se puede entender sin problemas algo tan complicado como el efecto Casimir dinámico.

    Saludos

Trackbacks/Pingbacks

  1. Bitacoras.com - Diciembre 8, 2011

    Información Bitacoras.com...

    Valora en Bitacoras.com: En el mundo subatómico, donde reina la física cuántica, ocurren fenómenos extraños que parecen chocar contra nuestra intuición. Uno de los más sorprendentes es que eso que llamamos vacío no está vacío. Se trata en realidad de.....

Deja un comentario

Uso de cookies

Hablando de Ciencia usa cookies para la gestión de usuarios y para mejorar su experiencia. Si continúa navegando está dando su consentimiento para la aceptación de las mencionadas cookies y la aceptación de nuestra política de cookies, pinche el enlace para mayor información.plugin cookies

ACEPTAR