Una investigación revela que la materia no se crea de la nada

Una nueva investigación desarrollada por científicos de la Universidad de Ohio y casi 150 miembros del laboratorio Jefferson (CEBAF) ha podido determinar que la materia no se produce de la nada, tal como hasta ahora se especulaba.

Utilizando una tecnología conocida como Large Acceptance Spectrometer, el equipo de Daniel S. Carman descubrió que las partículas no son creadas a partir del vacío cuántico, sino merced a la energía cinética que se crea por el choque de dos o más partículas.

Tal como explican los autores en la revista Physical Review Letters, y el propio Laboratorio Jefferson, cuando esto se produce se crea una antipartícula al mismo tiempo que una partícula. Es como si, jugando a los bolos, la bola golpeara con tanta fuerza a los palos que la fricción de unos con otros creara un palo más y su equivalente de antimateria.

Aunque se sabía desde hace tiempo que las partículas elementales pueden ser creadas cuando unas golpean fuertemente a las otras, hasta ahora se creía que la aparición de nuevas partículas procedía del vacío, lo que el equipo de Carman cuestiona con su apreciación de que las nuevas partículas se crean merced a la energía cinética que se desencadena con la colisión.

Potentes colisiones

El experimento registró colisiones a 2.567 gigaelectrón-voltio (GeV), unidad de energía equivalente a mil millones de electrón-voltios (eV), realizadas con algunas variables respecto a los métodos tradicionales. El resultado fue un escenario inesperado en el que el modelo resultante se aleja de las concepciones actuales respecto a la naturaleza del vacío cuántico.

El experimento ha venido a poner de manifiesto que la estructura básica del vacío nos es desconocida todavía en gran medida. En la Antigüedad, Demócrito propuso que el vacío era un espacio hueco por el que se movían los átomos. Aristóteles señalaba sin embargo que el vacío estaba realmente lleno.

Hace cien años, Maxwell consideró al vacío como un “éter” en el cual la luz se propagaba en forma de ondas. Einstein y otros físicos establecieron más adelante que el vacío era en realidad un campo de energía lleno de partículas virtuales que ocasionalmente se hacían reales merced a la energía conocida como punto cero, por ser capaz de provocar el nacimiento y la muerte de partículas a una temperatura de cero absoluto.

Ahora los físicos de Ohio añaden un nuevo elemento al descubrir que las partículas virtuales del vacío se forman en realidad merced a la energía cinética que generan las colisiones de partículas, lo que arroja nueva luz sobre la realidad del vacío al mismo tiempo que suscita nuevos interrogantes, ya que la energía del vacío está asociada por algunos teóricos al nacimiento del Universo.

Cuestión de tiempo

El experimento de Carman y sus colegas deberá todavía ser ratificado por modelos teóricos coherentes, por lo que la comprensión del vacío, con todo el potencial de conocimientos y tecnologías que entraña, deberá todavía esperar un tiempo antes de ser accesible a la mente humana.

Ya se conocen diversos fenómenos físicos que son manifestaciones indirectas de las fluctuaciones cuánticas del vacío, por lo que el nuevo descubrimiento puede ayudar a desarrollarlos y descubrir nuevos fenómenos físicos.

Un ejemplo es el efecto descubierto por el físico holandés Hendrick Casimir, quien mostró el modo de ver la energía del vacío. Colocó dos placas conductoras muy cerca una de la otra con el fin de generar una región entre ellas en la que hay menos energía que en el vacío.

Lo logró gracias a que las placas influyen sobre las partículas virtuales que normalmente contiene el vacío, y no permiten que todas ellas se formen libremente. El resultado neto es una fuerza de atracción entre las placas. Esta fuerza es extremadamente pequeña, pero se ha medido en el laboratorio y coincide perfectamente con las predicciones teóricas.

Creciente interés científico

El efecto Casimir funciona como una manifestación de la energía reinante en el vacío cuántico que ya permite algunas realizaciones. Recientemente se han hecho experimentos con átomos colocados en microcavidades en las que la presencia de paredes modifica en forma muy importante el comportamiento de los átomos. Las aplicaciones de estos efectos son objeto de estudios recientes.

También es posible detectar efectos de vacío cuántico en combinación con aceleraciones muy intensas o campos muy fuertes, que es lo que han hecho los investigadores de Ohio.

Por ejemplo, los electrones que giran en los aceleradores de partículas alcanzan aceleraciones centrífugas altísimas y merced a estos procesos de aceleración surgen nuevos efectos por la interacción con las partículas virtuales de vacío.

Otro ejemplo corresponde a la radiación de agujeros negros de Hawking. La aceleración, así como la fuerza de gravedad, permiten poner de manifiesto el vacío cuántico a través de toda una serie de fenómenos que son objeto de creciente interés por los científicos.