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Los electrones a la velocidad de la luz podrían revelar el efecto cuántico predicho hace 45 años

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Los átomos que viajan a la velocidad de la luz en una trayectoria específica de fotones podrían demostrar la existencia de una propiedad mecánica cuántica predicha en la década de 1970, llamada efecto Unruh. Para observar este efecto, los científicos tendrían que esperar miles de millones de años, pero un nuevo estudio ha demostrado una técnica que puede mostrar resultados en unas pocas horas.

¿Qué es el Efecto Unruh?

El efecto Unruh puede ocurrir cuando un cuerpo se acelera a la velocidad de la luz (Imagen: Reproducción/twenty20photos/Envato)

El efecto Unruh es un fenómeno que podría ayudar a los físicos a encontrar una teoría capaz de unificar la mecánica cuántica y la relatividad general. El problema es que la probabilidad de ver el efecto es infinitesimalmente pequeña, ya que requiere una aceleración cercana a la velocidad de la luz.

En resumen, el efecto Unruh es la radiación térmica (calor) que emite un cuerpo cuando acelera en el vacío. Esto no debe confundirse con ningún otro efecto de interacción de partículas: ocurre a través de interacciones entre la materia acelerada y las fluctuaciones cuánticas en el vacío.

Estas «fluctuaciones cuánticas» son parte de la teoría cuántica de campos y ocurren cada vez que hay un cambio repentino en la cantidad de energía en un punto localizado en el espacio «vacío» (o lo que llamamos vacío).

Bueno, las fluctuaciones en los campos cuánticos ocurren todo el tiempo, incluso en el vacío, a una frecuencia que mide aproximadamente el tamaño de medio fotón. Según la predicción del físico canadiense Bill Unruh en 1976, un cuerpo que se acelera en el vacío debería amplificar estas fluctuaciones, produciendo así un resplandor térmico caliente.

Si la predicción es correcta, el efecto Unruh debería ocurrir espontáneamente en el universo, pero nadie ha podido observarlo hasta ahora. En su nuevo estudio, los investigadores del MIT y la Universidad de Waterloo encuentran una forma de aumentar significativamente el efecto que se observa.

Cómo observar el efecto Unruh

Un astronauta que viajaba en una nave espacial a la velocidad de la luz pudo observar el efecto Unruh (Imagen: Reproducción/NASA)

La idea de los autores es estimular el fenómeno mediante la aceleración de electrones en un acelerador de partículas. Es decir, la propuesta es agregar suficiente energía para que la partícula alcance la velocidad cercana a la velocidad de la luz casi instantáneamente, en menos de una millonésima de segundo.

Esta aceleración masiva sería equivalente a una fuerza G de un cuatrillón de metros por segundo al cuadrado. «Si tuviera una aceleración razonable, tendría que esperar una enorme cantidad de tiempo, más que la edad del universo, para ver un efecto medible», dijo Vivishek Sudhir, coautor del artículo.

Pero esto no es suficiente para observar el efecto. A esto, pretenden añadir un haz de microondas. “Cuando agregas fotones en el campo, estás agregando ‘n’ veces estas fluctuaciones en este campo. [campo que mede] medio fotón en el vacío”, explica Sudhir.

Pero hay un pequeño problema: además del efecto Unruh cuántico, los fotones adicionales también amplificarían otros efectos en el vacío. Esta es precisamente la razón por la que otros científicos no han utilizado el enfoque de estimulación con luz. Para abordar esto, los autores introdujeron el concepto de «transparencia inducida por aceleración».

Demostraron que si un cuerpo como un electrón se acelera con una trayectoria muy específica a través de un campo de fotones, la partícula interactuaría con el campo, mientras que los fotones de una frecuencia dada se vuelven esencialmente invisibles para el electrón. Es como si estos efectos adicionales fueran anulados.

Validación de ideas revolucionarias

El diagrama explica la mecánica detrás de la radiación de Hawking (Imagen: Reproducción/E. Siegel)

Además de validar importantes predicciones de la teoría cuántica de campos, la observación del efecto Unruh también ayudaría a avanzar en las investigaciones sobre la radiación de Hawking, predicha por Stephen Hawking también en la década de 1970.

Según el célebre físico, esta radiación es un efecto térmico resultante de la interacción entre la luz y la materia en un campo gravitatorio extremo, como el entorno de un agujero negro. Al igual que el efecto Unruh, la radiación de Hawking se produce de forma espontánea, con la aparición de partículas virtuales.

“Existe una estrecha conexión entre el efecto Hawking y el efecto Unruh: son exactamente el efecto complementario entre sí”, dijo Sudhir. Esta es la razón por la cual las ecuaciones para la temperatura del efecto Unruh usan la misma fórmula para la radiación de Hawking. Se les conoce como la temperatura de Hawking-Unruh.

El nuevo artículo fue publicado en Cartas de revisión física.

Fuente: MIT

Tommy Banks
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