Para que el vacío deje de ser vacío
Un vacío es un lugar donde, aunque no lo veas, suceden muchas cosas. Sin embargo, para averiguar exactamente lo que se necesita es tanta energía que hasta hace poco parecía imposible que los científicos se adentraran en el mundo de las partículas virtuales. Cuando algunas personas se detienen en tal situación, es imposible que otros las animen a intentarlo.
Según la teoría cuántica, el espacio vacío está lleno de partículas virtuales que pulsan entre el ser y el no ser. También son completamente indetectables, a menos que tengamos algo poderoso para encontrarlos.
"Por lo general, cuando la gente habla de un vacío, se refiere a algo que está completamente vacío", dijo el físico teórico Mattias Marklund de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Gotemburgo, Suecia, en la edición de enero de NewScientist.
Resulta que el láser puede mostrar que no está tan vacío en absoluto.
Electrón en un sentido estadístico
Las partículas virtuales son un concepto matemático en las teorías cuánticas de campos. Son partículas físicas que manifiestan su presencia a través de interacciones, pero violan el principio de la envoltura de la masa.
Las partículas virtuales aparecen en las obras de Richard Feynman. Según su teoría, cada partícula física es de hecho un conglomerado de partículas virtuales. Un electrón físico es en realidad un electrón virtual que emite fotones virtuales, que se descomponen en pares virtuales de electrones y positrones, que a su vez interactúan con fotones virtuales, y así sucesivamente. El electrón "físico" es un proceso continuo de interacción entre electrones virtuales, positrones, fotones y posiblemente otras partículas. La "realidad" de un electrón es un concepto estadístico. Es imposible decir qué parte de este conjunto es realmente real. Solo se sabe que la suma de las cargas de todas estas partículas da como resultado la carga del electrón (es decir, en pocas palabras, debe haber un electrón virtual más que positrones virtuales) y que la suma de las masas de todas las partículas crean la masa del electrón.
Los pares electrón-positrón se forman en el vacío. Cualquier partícula cargada positivamente, por ejemplo, un protón, atraerá estos electrones virtuales y repelerá los positrones (con la ayuda de fotones virtuales). Este fenómeno se llama polarización del vacío. Pares electrón-positrón rotados por un protón
forman pequeños dipolos que cambian el campo del protón con su campo eléctrico. La carga eléctrica del protón que medimos no es, por tanto, la del propio protón, sino la de todo el sistema, incluidos los pares virtuales.
Un láser en el vacío
La razón por la que creemos que existen partículas virtuales se remonta a los fundamentos de la electrodinámica cuántica (QED), una rama de la física que trata de explicar la interacción de los fotones con los electrones. Desde que se desarrolló esta teoría en la década de 30, los físicos se han preguntado cómo abordar el problema de las partículas que son matemáticamente necesarias pero que no se pueden ver, oír ni sentir.
El QED muestra que, teóricamente, si creamos un campo eléctrico lo suficientemente fuerte, los electrones virtuales que lo acompañan (o forman un conglomerado estadístico llamado electrón) revelarán su presencia y será posible detectarlos. La energía necesaria para ello debe alcanzar y superar el límite conocido como límite de Schwinger, más allá del cual, como se expresa en sentido figurado, el vacío pierde sus propiedades clásicas y deja de ser "vacío". ¿Por qué no es tan simple? De acuerdo con los supuestos, la cantidad de energía requerida debe ser igual a la energía total producida por todas las centrales eléctricas del mundo: otros mil millones de veces.
La cosa parece estar fuera de nuestro alcance. Sin embargo, resulta que no necesariamente si se utiliza la técnica láser de pulsos ópticos ultracortos y de alta intensidad, desarrollada en la década de 80 por los ganadores del Premio Nobel del año pasado, Gérard Mourou y Donna Strickland. El mismo Mourou ha dicho abiertamente que las potencias de giga, tera e incluso petavatios logradas en estos superdisparos láser crean una oportunidad para romper el vacío. Sus conceptos se plasmaron en el proyecto Extreme Light Infrastructure (ELI), financiado con fondos europeos y desarrollado en Rumanía. Hay dos láseres de 10 petavatios cerca de Bucarest que los científicos quieren usar para superar el límite de Schwinger.
Sin embargo, incluso si logramos romper las limitaciones de energía, el resultado, y lo que eventualmente aparecerá a los ojos de los físicos, sigue siendo muy incierto. En el caso de las partículas virtuales, la metodología de investigación empieza a fallar y los cálculos ya no tienen sentido. Un simple cálculo también muestra que los dos láseres ELI generan muy poca energía. Incluso cuatro paquetes combinados siguen siendo 10 veces menos de lo necesario. Sin embargo, los científicos no se desaniman por esto, porque consideran que este límite mágico no es un límite único y definido, sino un área de cambio gradual. Entonces esperan algunos efectos virtuales incluso con dosis más pequeñas de energía.
Los investigadores tienen varias ideas sobre cómo fortalecer los rayos láser. Uno de ellos es el concepto bastante exótico de espejos reflectores y amplificadores que viajan a la velocidad de la luz. Otras ideas incluyen la amplificación de los haces mediante la colisión de haces de fotones con haces de electrones, o la colisión de haces de láser, que se dice que los científicos del centro de investigación de la Estación China de Luz Extrema en Shanghái quieren llevar a cabo. Un gran colisionador de fotones o electrones es un concepto nuevo e interesante que vale la pena observar.
