La mecánica cuántica nos dice que el vacío no está vacío, pero está lleno de partículas virtuales que aparecen dentro y fuera de la existencia. Normalmente, estas partículas están ocultos a nuestra vista, pero ahora un equipo de físicos ha usado el equivalente eléctrico de un espejo ultrarrápidas para convertir fotones virtuales en radiación electromagnética real. Conocido como el efecto Casimir dinámico, se predijo por primera vez hace más de 40 años.
El efecto Casimir estática, propuesta por el físico holandés Hendrik Casimir en 1948, consta de dos espejos paralelos que refleja perfectamente que, cuando se coloca en el vacío, se sentirán atraídos el uno al otro. Esta fuerza de atracción es causada por la presión de radiación ejercida por los fotones virtuales fuera de los espejos y el hecho de que esta presión supera la presión entre los espejos, debido al número limitado de modos de vibración electromagnética que se permiten dentro de este vacío. En otras palabras, la fuerza de los resultados de un desajuste de los modos electromagnéticos en el espacio.
El efecto dinámico fue propuesto por Gerald Moore en 1970 y es causado por un desajuste de los modos en el tiempo. La fase de una onda electromagnética llega a cero en la superficie de un espejo, si el espejo es un conductor eléctrico perfecto. Cuando el espejo se mueve lentamente a través del vacío, este punto cero se puede mover con el espejo. Sin embargo, si el espejo se mueve a una fracción significativa de la velocidad de la luz, el campo electromagnético no tiene tiempo para adaptarse, sino que se entusiasma y como resultado genera fotones real. Dicho de otra manera, el espejo empresas fotones virtuales (siempre producidas en pares), aparte de modo que en lugar de aniquilar rápidamente, las partículas son libres de permanecer en forma de fotones real.
De alta velocidad reto
El efecto se ha observado que en muchos experimentos llevado a cabo durante más de una década, mientras que la confirmación de la versión dinámica ha sido hasta ahora difícil de alcanzar, en parte debido a los retos que implica mover un objeto mecánico a velocidades tan altas. Christopher Wilson, de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia y sus colegas han logrado sortear este problema variando rápidamente las propiedades eléctricas de un espejo en lugar de moverse en el espacio.
Los investigadores colocan un pequeño dispositivo utilizado para medir campos magnéticos extremadamente débiles - una dispositivo superconductor de interferencia cuántica (SQUID) - en un extremo de una línea de transmisión eléctrica. La idea es que el calamar refleja las ondas electromagnéticas asociadas con los fotones virtuales, con su inductancia para determinar cómo un espejo imperfecto que sea. Esta imperfección se relaciona con el tamaño (es decir, diferentes a cero) la fase de las ondas es en ese punto. La aplicación de un flujo magnético variable a través del espejo hace que su inductancia a oscilar, lo que permite a los investigadores a variar la distancia extra que las olas que viajar más allá del espejo antes de su fase de baja a cero. "Resulta que las ecuaciones son exactamente lo mismo que mover un espejo a lo largo de la distancia física", explica Wilson.
Cuarta parte de la velocidad de la luz
Al cambiar los miles de millones de flujo magnético de veces por segundo, los investigadores hicieron vibrar el espejo de hasta una cuarta parte de velocidad de la luz. Como resultado, fueron capaces de detectar la radiación electromagnética de microondas en el otro extremo de la línea de transmisión. La radiación tiene las propiedades esperadas de fotones producidos a través de la dinámica efecto Casimir. Su frecuencia es aproximadamente la mitad de la frecuencia de oscilación del espejo y la relación entre la intensidad del flujo magnético y la intensidad de la radiación se mide en línea con las predicciones teóricas. El equipo también encontró que el flujo de fuerza de intensidad espectros contenido duplicado patrones de ruido, que es una fuerte evidencia de que los fotones se producen en pares correlacionados.
Aunque la investigación no estaba dirigida a las aplicaciones prácticas, Wilson dice que el aparato posiblemente podría proporcionar una forma de generar fotones entrelazados para experimentos en el procesamiento de información cuántica. También cree que el trabajo podría ayudar a la física avance fundamental, señalando, por ejemplo, que la radiación de Hawking cree que es emitida por los agujeros negro consiste en la producción y separación de pares de fotones virtuales, uno de los cuales cae en el agujero negro, mientras que el otro luego se emite como un fotón real.
"Experimento hermoso"
John Pendry, del Imperial College de Londres, que no es miembro del equipo que llevó a cabo la investigación, se describe la manifestación de Wilson y sus colegas como "un bello experimento que explora de una forma completamente nueva de las características delicadas de las fuerzas de Casimir", pero añade que "todo el argumento se centra en si usted cree que los parámetros de oscilación de un calamar en realidad es idéntica a la oscilación de un espejo real".
Por otra parte, Giuseppe Ruoso del Laboratorio Nacional de Legnaro INFN en Italia dice que "si el resultado es confirmado por otras mediciones independientes, que significará otro gran paso en la comprensión de la naturaleza del vacío, una vez más se confirma la validez de la mecánica cuántica". Ruoso es parte de un grupo de físicos en Italia, que también está tratando de observar la dinámica efecto Casimir, pero hacerlo mediante repetidos pulsos de láser para variar periódicamente la reflectividad de una losa de semiconductores dentro de una cavidad de microondas. "No veo ninguna aplicación práctica en un breve plazo de tiempo, pero estoy seguro de que habrá algunos en el futuro, ya que el vacío es el más abundante" elemento "en nuestro universo."
La investigación se publicó en la naturaleza.
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