Excitando el vacío… a hostia limpia

En capítulos anteriores de Puré de bytes…

«fotos guarras»
«Construirán un láser gigante para perforar el Universo»
«¿Y qué harán con esa GRAN cantidad de energía?»
«Podrían separar estos pares de partícula y antipartícula para poder detectarlos de forma directa.»

Como vimos en un post anterior, el vacío es un lugar muy bizarro en el cual aparecen constantemente y de forma espontánea pares de partículas y antipartículas que se aniquilan al instante. Estas fluctuaciones del vacío se manifiestan en muchos fenómenos físicos. Algunos de estos efectos tienen muchísimo glamour (un glamour extremadamente friki, de acuerdo), como la radiación de los agujeros negros. Otros son de lo más pedestre (de nuevo, desde el frikismo), como la fuerza electrostática (sí, sí, la de frotar el boli con el jersey y atraer trocitos de papel).

Para los que son demasiado vagos para hacer clic y leérselo, el otro día hablamos de ELI, un proyecto para construír un mega-láser que permitiría dar suficiente energía a estas partículas virtuales como para hacerlas observables directamente. Hoy nos desayunamos la noticia de que un equipo Sueco-Australiano ha conseguido observar estas partículas de una forma relativamente sencilla basada en el efecto Casimir.

No, Casimiro no, Casimir.

El efecto Casimir es una manifestación de las fluctuaciones cuánticas del vacío. Tiene la gracia de ser al mismo tiempo muy glamouroso (su existencia fue propuesta en 1948 pero no pudo medirse con precisión hasta 1997) y relativamente simple: para observarlo bastan dos placas metálicas paralelas sin ninguna carga eléctrica, separadas por una distancia muy pequeña de espacio vacío. Según el electromagnetismo clásico, al no haber cargas eléctricas no hay ningún campo actuando entre las placas y por tanto no habrá ninguna fuerza entre ellas. Pero en realidad sabemos que el espacio vacío entre las placas no está vacío, y la presencia de las placas afecta a los fotones virtuales que aparecen entre ellas. Esta interacción se traduce en una fuerza entre las placas, que puede ser de atracción o repulsión dependiendo de la configuración del sistema.

¿Y esto qué tiene que ver con el mega-láser del otro día? Pues resulta que hay una variante de este efecto llamada Efecto Casimir Dinámico, propuesta los años 1970, que hasta hace muy poco era tan sólo un experimento mental. Para observar este efecto habría que tomar un espejo, colocarlo en el vacío y hacerlo girar a gran velocidad. Aquí hay que apuntar que cuando un físico dice «una gran velocidad» se suele referir a una GRAN velocidad, digamos una fracción apreciable de la velocidad de la luz. Este espejo sería capaz de amplificar las fluctuaciones cuánticas del vacío, transmitiendo energía a los fotones virtuales cual patada giratoria superveloz. Estos fotones saldrían despedidos y podrían ser observados por medios convencionales.

¿Y por qué era un experimento mental? ¿Podemos mandar gente a la Luna y no podemos hacer girar un espejo lo bastante rápido? La respuesta es muy gallega: depende. Depende del espejo y de la velocidad. Hacer girar un espejo corriente a una velocidad cercana a la de la luz requeriría una enorme cantidad de energía (y recordemos que cuando un físico dice enorme bla bla bla bla), por no hablar de las dificultades técnicas que implicaría (si ya es complicado que la lavadora centrifugue a 600 rpm sin salir caminando, imagínate). Wilson y compañía han empleado un ingenioso truco: en lugar de un espejo material han usado un dispositivo superconductor de interferencia cuántica (SQUID).

Aunque suene a pieza del De Lorean de Regreso al Futuro (justo debajo del condensador de fluzo), un SQUID es relativamente sencillo de construír y puede usarse como un espejo muy caro. ¿La ventaja respecto a un espejito normal? En lugar de ser un trozo de metal, el espejo en este caso es un campo magnético que puede hacerse «girar» cambiando el sentido de una corriente eléctrica, y esto sí que sabemos hacerlo muy rápido. ¿Cómo de rápido? Pues muchos millones de veces por segundo, por eso tenemos Ghz detrás de los numeritos que dicen cómo de caro es un ordenador. En la práctica, el «espejo» de este experimento gira a un 25% de la velocidad de la luz, suficiente para dar unos buenos zurrigazos a las partículas virtuales que se cruzan en su camino.

Y con esto, niñas y niños, acaba la lección de física cuántica de hoy. Sed buenos, mirad The Big Bang Theory y no compréis nada de lo que os diga la tele. Para los más valientes aquí está el artículo de Wilson et al, está sorprendentemente bien escrito.