Físicos logran captar por primera vez imágenes de fluctuaciones cuánticas del vacío

En dos avances que exploran la naturaleza cuántica del vacío, los físicos han logrado por primera vez captar imágenes directas de las fluctuaciones de un campo cuántico en su estado fundamental, mientras que otro equipo ha reportado la evidencia astrofísica más contundente sobre la birrefringencia del vacío, una predicción de hace casi 90 años que sostiene que el espacio vacío puede alterar la trayectoria de la luz.

Visualizando lo invisible

Un equipo liderado por Yansheng Zhang en la Universidad de Cambridge utilizó un condensado de Bose-Einstein bidimensional de átomos de potasio-39 para construir un campo cuántico que pudieron fotografiar. Los investigadores codificaron su campo objetivo en los estados de espín de los átomos ultrafríos y luego amplificaron la pequeña fluctuación del estado fundamental predicha por el principio de incertidumbre de Heisenberg hasta hacerla medible.sciencealert

La técnica aprovecha que un oscilador cuántico real en su estado fundamental nunca está en reposo absoluto. Al cambiar repentinamente la fuerza de acoplamiento entre dos estados atómicos internos, el equipo provocó que las fluctuaciones de vacío preexistentes evolucionaran hacia oscilaciones observables. Posteriormente, verificaron el origen cuántico de la señal al demostrar que su espectro de frecuencia coincidía con las predicciones de las fluctuaciones del vacío en lugar del ruido térmico.sciencealert

El sistema puede ajustarse para comportarse como un campo de sine-Gordon relativista, lo que ofrece a los investigadores una plataforma de laboratorio para estudiar fenómenos como la desintegración del falso vacío y la formación de defectos topológicos, procesos cuya matemática sigue siendo intratable mediante métodos convencionales. La investigación, publicada como preimpresión en arXiv, aún no ha sido revisada por pares.arxiv+1

Un magnetar confirma la predicción de Heisenberg

Por otro lado, un estudio publicado en Nature reportó lo que podría ser la primera evidencia astrofísica directa de la birrefringencia del vacío. Liderado por Rachael E. Stewart de la Universidad George Washington, el equipo observó el magnetar 1E 1547.0-5408 utilizando el Explorador de Polarimetría de Rayos X (IXPE) de la NASA, el telescopio NICER a bordo de la Estación Espacial Internacional y el radiotelescopio Murriyang de CSIRO.sciencedaily+2

Los rayos X del magnetar mostraron un grado inusualmente alto de polarización alineado con su campo magnético, una firma consistente con partículas virtuales en el vacío actuando como un filtro polarizador bajo las condiciones magnéticas extremas de la estrella. "La única forma de obtener eso [una señal de polarización tan alta] para este magnetar es a través de este filtrado por polarización del vacío en el camino", señaló Michela Negro, astrofísica de la Universidad Estatal de Luisiana involucrada en el estudio.lsu+1

¿Qué sigue?

Ambos resultados apuntan a un futuro donde el vacío cuántico sea directamente accesible mediante experimentos, en lugar de inferirse a partir de consecuencias indirectas. El equipo del magnetar señaló que se requieren observaciones y simulaciones adicionales para descartar explicaciones alternativas, mientras que el grupo de Cambridge afirmó que su plataforma podría ofrecer "una ventana única a los mecanismos microscópicos" que rigen fenómenos de campos cuánticos que hasta ahora solo existían en la teoría.sciencedaily+1