Los físicos lograron la detección directa de las fluctuaciones del vacío

¿Cuáles son las propiedades del vacío, la nada absoluta? Hasta ahora, los físicos han asumido que es imposible acceder directamente a las características del estado fundamental del espacio vacío. Ahora, un equipo de físicos liderados por el profesor Alfred Leitenstorfer en la Universidad de Konstanz (Alemania) ha tenido éxito en hacer precisamente eso

Ellos demostraron una primera observación directa de las llamadas fluctuaciones del vacío mediante el uso de pulsos de luz cortos, mientras empleaban técnicas de medición óptica de alta precisión. Se aseguraron de que la duración de sus impulsos de luz fueran más breves que medio ciclo de la luz en el intervalo espectral investigado. Según la física cuántica, existen estas oscilaciones, incluso en la oscuridad total, cuando la intensidad de la luz y las ondas de radio desaparecen por completo. Estos hallazgos son de importancia fundamental para el desarrollo de la física cuántica y se publicarán en la revista Science. Una avance en línea ha aparecido el 1 de octubre de 2015.


Las fluctuaciones del vacío pueden ser considerados como un parpadeo del campo cuántico de luz, incluso en la oscuridad total. Las regiones negativas (azules) y positivas (rojo) se distribuyen al azar en el espacio y cambian constantemente a gran velocidad, de manera similar al ruido blanco y negro en una pantalla de TV sin entrada de señal. Crédito: Imagen cortesía de la Universidad de Konstanz

Se conoce la existencia de las fluctuaciones del vacío, que surgen desde la teoría tal como se desprende de principio de incertidumbre de Heisenberg, uno de los principales pilares de la física cuántica. Este principio dicta que los campos eléctricos y magnéticos nunca pueden desaparecer en forma simultánea. Como consecuencia, incluso la oscuridad total se llena de fluctuaciones finitas del campo electromagnético, lo que representa el estado fundamental cuántico de la luz y las ondas de radio. Sin embargo, hasta ahora se había considerado imposible la prueba experimental directa de este fenómeno básico. En su lugar, se supone que, por lo general, las fluctuaciones de vacío se manifiestan en la naturaleza sólo indirectamente. A partir de la emisión espontánea de la luz por los átomos excitados, por ejemplo en un tubo fluorescente, a las influencias de la estructura del universo durante el Big Bang: estos son sólo algunos de los ejemplos que ponen de relieve el papel omnipresente que el concepto de fluctuaciones del vacío juega en la descripción física moderna del mundo.

Lo que ha hecho posible detectar directamente, a pesar de todas las suposiciones contrarias, las fluctuaciones del vacío es un montaje experimental para medir campos eléctricos con muy alta resolución temporal y sensibilidad. Los conocimientos técnicos necesarios para este estudio fueron un aporte de las tecnologías ópticas de avanzada mundial y los sistemas láser de pulsos ultracortos de extrema estabilidad. El equipo de investigación de la Universidad de Konstanz desarrolló estas tecnologías en casa, y también una descripción exacta de los resultados basada en la teoría cuántica de campos. La precisión temporal lograda en su experimento está en el rango de los femtosegundos —una millonésima de una milmillonésima parte de un segundo—. La sensibilidad sólo es limitada por los principios de la física cuántica. «Esta extrema precisión nos ha permitido ver por primera vez que estamos rodeados continuamente por los campos de las fluctuaciones electromagnéticas del vacío», resume Alfred Leitenstorfer.

 

 

«Lo que es sorprendente y en especial intrigante en lo científico en nuestras mediciones es que tenemos acceso directo al estado fundamental de un sistema cuántico sin cambiarlo, por ejemplo, amplificando a una intensidad finita», explica Leitenstorfer. Él se sorprendió por los resultados de la investigación en sí: «Hemos tenido un par de años con algunas noches de insomnio; debimos excluir todas las posibilidades de señales potencialmente interferentes», sonríe el físico. «En suma, nos enteramos de que nuestro acceso a escalas de tiempo elementales, más corto que el período de oscilación de las ondas de luz que investigamos, es la clave para comprender las sorprendentes posibilidades que abre nuestro experimento.»

El Consejo Europeo de Investigación apoya este proyecto con una «ERC Advanced Grant.»

Diario de publicación: C. Riek, DV Seletskiy, AS Moskalenko, JF Schmidt, P. Krauspe, S. Eckart, S. Eggert, G. Burkard, A. Leitenstorfer. Direct sampling of electric-field vacuum fluctuations. Science, 2015; DOI: 10.1126/science.aac9788

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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