Frenado por el vacío

Frenado por el vacío Phys. Rev. Lett. 96, 200402 (edición del 26 de Mayo 2006)

Lo virtual pasa a real. Fotones creados a partir del vacío, mediante el movimiento del extremo de una cavidad (arriba), podrían ser amplificados con átomos ultrafríos y más tarde ser detectados cuando alguno abandone la cavidad (en medio y abajo). El experimento demostraría que los objetos en vibración sienten la "fricción" de las partículas virtuales.

Según la teoría, cualquier objeto en vibración debería ser frenado por partículas cuánticas “virtuales” que atraviesen el espacio vacío. Esta débil “fricción” daría lugar a la expulsión de fotones, como las chispas que aparecen al arrastrar el parachoques descolgado de un coche. El 26 de mayo, investigadores del PRL propusieron detectar este efecto mediante la vibración de un extremo de una pequeña cavidad reflectante, en la cual los fotones rebotarían, y serían amplificados por átomos ultrafríos. El experimento, que se sitúa en los límites de lo técnicamente factible, revelaría un efecto directo de las partículas virtuales sobre los objetos en movimiento. La teoría del campo cuántico requiere que el espacio aparentemente vacío esté lleno de fotones virtuales, partículas de luz que continuamente pasan de la existencia a la no existencia y viceversa. Un efecto medible de estas partículas es la llamada fuerza de Casimir, presente entre cuerpos separados por distancias del orden de nanómetros (ver historia Focus de 1998). La fuerza dinámica de Casimir, más débil, aparece cuando un objeto pequeño vibra rápidamente. Una superficie conductora ideal, por ejemplo, no tiene campo eléctrico asociado paralelo a sí misma, ni campo magnético perpendicular. Como alrededor de dicha superficie el vacío cuántico está repleto de campos eléctricos y magnéticos asociados con los fotones virtuales, cuando la superficie vibra, impone en ellos un patrón de variación regular. En otras palabras, ha nacido un fotón. En el proceso la superficie pierde algo de su energía de vibración, amortiguando el movimiento. El efecto genera relativamente pocos fotones virtuales, dice Roberto Onofrio del Dartmouth College en New Hampshire y la universidad de Padova en Italia, así que “la única esperanza de detectarlos es dentro de una cavidad de resonancia, porque se pueden acumular”. Onofrio y sus colaboradores piensan en crear y almacenar fotones dentro de una cavidad reflectante mediante la vibración de una lámina delgada situada en uno de sus extremos, a modo de tambor. Para hacer el experimento factible, los investigadores tuvieron que idear un dispositivo mecánico que produjera fotones aptos para ser amplificados. La frecuencia más alta para una lámina delgada de la que encontraron documentación era de 3 gigahercios, conseguida mediante un dispositivo de nitruro de aluminio. Dado que la vibración tendería a producir pares de fotones de igual energía, este dispositivo emitiría fotones de 1.5 gigahercios, dentro del espectro de las microondas. Aunque los fotones serían de demasiado baja energía como para ser detectados en tan pequeño número, podrían ser amplificados mediante el estado ultrafrío de una nube de átomos llamado condensado de Bose-Einstein o CBE, señalan los autores. La energía de los fotones de 1.5 gigahercios coincidiría exactamente con la diferencia entre dos niveles de energía de los átomos de sodio. Primeramente, para amplificar los fotones Casimir, un CBE de sodio sería impulsado a un nivel superior de energía con luz laser. A continuación, bombardeado con fotones Casimir, el condensado en su conjunto volvería a caer al estado inferior de energía, emitiendo un haz de fotones. Esta superradiancia – un efecto ya observado por otros – amplificaría la señal de Casimir mil millones de veces (un millardo ó 10⁹ veces), calculan los investigadores. “El experimento propuesto es, de hecho, una idea maravillosa”, dice Umar Mohideen de la Universidad de California, Riverside, “y además desafiante: amplía los límites experimentales de la nanofabricación y la detección óptica“. “Llevar a cabo el experimento es factible”, dice Charles Sukenik de la Old Dominion University en Norfolk, Virginia. Su principal preocupación sería la dificultad de mantener una cavidad de resonancia de alta calidad para los fotontes. “Aun así”, dice, “si el experimento tuviese éxito, sería una maravillosa demostración de que el vacío mecánico cuántico no es sólo un artificio teórico conveniente”. -- JR Minkel JR Minkel es un escritor independiente de ciencia en Brooklyn, Nueva York.

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Fuente noticia: Focus (Physical Review Letters) Traducido por Félix Herranz para Astroseti.org