El espacio vacío es falso: los científicos revelan el secreto para crear luz a partir del aire
Una investigación abre la puerta a una nueva era en la física fundamental y podría ayudar en la búsqueda de la materia oscura
Un equipo de la Universidad de Oxford ha logrado recrear, por primera vez en una simulación tridimensional y en tiempo real, cómo la luz puede surgir del vacío, un fenómeno predicho por la física cuántica que hasta ahora pertenecía al ámbito teórico. El hallazgo, publicado en la revista científica Communications Physics, podría allanar el camino para que las nuevas generaciones de láseres de ultra alta potencia puedan confirmar, de manera experimental, algunos de los misterios más profundos del universo.
Creando luz a partir de la oscuridad
Un equipo de físicos de la Universidad de Oxford, en colaboración con el Instituto Superior Técnico de la Universidad de Lisboa, ha traspasado una nueva frontera en la comprensión del cosmos. Utilizando modelos computacionales avanzados, han conseguido simular con éxito la interacción entre potentes rayos láser y el conocido como vacío cuántico.
Y es que ahora sabemos que lejos de ser un espacio inerte, la física cuántica predice que este vacío está, en realidad, repleto de pares virtuales de electrones y positrones que aparecen y desaparecen constantemente. La simulación recrea lo que se conoce como mezcla de cuatro ondas, un fenómeno que ocurre cuando dos o más ondas de luz interactúan en un medio no lineal, dando lugar a la creación de nuevas ondas con diferentes frecuencias.
Según esta teoría, y gracias a la información publicada por el Departamento de Física de la Universidad de Oxford, si tres pulsos de láser extremadamente concentrados se enfocan en un punto, su campo electromagnético combinado puede polarizar "pares electrón-positrón virtuales de un vacío". Esto provoca que los fotones choquen entre sí como las bolas de un billar, generando un cuarto haz de láser en un proceso que los científicos describen como luz de la oscuridad.
Peter Norreys, coautor del estudio y miembro del Departamento de Física, asegura que "esto no es solo una curiosidad académica: es un gran paso hacia la confirmación experimental de los efectos cuánticos que hasta ahora han sido en su mayoría teóricos". Este avance parece que llega en un momento crucial, coincidiendo con la puesta en marcha de una nueva generación de instalaciones láser de potencia extrema, como el proyecto Vulcan 20-20 en el Reino Unido, la Infraestructura de Luz Extrema y las instalaciones SEL y SHINE en China.
Estos centros tecnológicos dispondrán de la energía necesaria para intentar llevar a cabo este tipo de experimentos y observar la dispersión de fotón-fotón por primera vez en un laboratorio. El modelo fue desarrollado con una versión avanzada del software OSIRIS de Zixin Zhang, autor principal del estudio, quien destaca que "nuestro programa informático nos ofrece una ventana tridimensional resuelta en el tiempo hacia interacciones del vacío cuántico que antes estaban fuera de nuestro alcance.
Según sus propias palabras, "pudimos capturar la gama completa de firmas cuánticas, junto con información detallada sobre la región de interacción y las escalas de tiempo clave". Además de planificar futuros experimentos, el estudio puede servir de base para ayudar a encontrar partículas hipotéticas, esquivas durante décadas, pero teorizadas, como los axiones o las partículas milicargadas, que se creen que tendrían una carga eléctrica mucho menor que un electrón y que podrían ser candidatas a componer la materia oscura.
El profesor Luis Silva, del Instituto Superior Técnico de la Universidad de Lisboa, asevera que "la combinación de láseres ultraintensos, detección de última generación y modelado analítico y numérico de vanguardia son las bases para una nueva era en las interacciones láser-materia, que abrirá nuevos horizontes para la física fundamental". Poco a poco, el ser humano ahonda en los misterios del universo, descubriendo el mecanismo, tan fascinante como complejo, de la realidad.