Un equipo de físicos dice que ha descubierto dos propiedades de la materia acelerada que creen que podrían hacer visible un tipo de radiación nunca antes observado. Estas propiedades descritas recientemente implican que la observación de la radiación, llamada efecto Unruh, podría hacerse en un laboratorio normal.
En teoría, el efecto Unruh en la naturaleza requeriría una cantidad ridícula de aceleración para ser visible, y debido a que solo es visible desde la perspectiva del objeto que acelera en el vacío, es esencialmente imposible de ver. Pero gracias a unos nuevos avances, podría ser factible presenciar el efecto Unruh en un laboratorio.
En esta nueva investigación, un equipo de científicos describe dos aspectos previamente desconocidos del campo cuántico que podrían significar que el efecto Unruh podría ser observado directamente. La primera es que el efecto puede ser estimulado, lo que significa que este débil efecto podría volverse visible bajo ciertas condiciones. El segundo fenómeno es que un átomo acelerado lo suficientemente excitado puede volverse transparente. La investigación ha sido publicada esta primavera en Physical Review Letters.
El efecto Unruh (también llamado efecto Fulling-Davies-Unruh, por los físicos que propusieron por primera vez su existencia en la década de 1970) es un fenómeno predicho por la teoría cuántica de campos, que establece que una entidad (ya sea una partícula o una nave espacial) acelerando en el vacío brillará, aunque ese brillo no sería visible para ningún observador externo que no esté acelerando también en el vacío.
“Lo que significa la transparencia inducida por la aceleración es que hace que el detector de efectos Unruh sea transparente para las transiciones cotidianas, debido a la naturaleza de su movimiento”, nos explicaba Barbara Šoda, física de la Universidad de Waterloo y autora principal del estudio. Así como los agujeros negros emiten radiación de Hawking cuando su gravedad atrae partículas, los objetos emiten el efecto Unruh cuando aceleran en el espacio.
Hay un par de razones por las que el efecto Unruh nunca se ha observado directamente. Por un lado, el efecto requiere una cantidad ridícula de aceleración lineal para que tenga lugar: para alcanzar una temperatura de 1 kelvin, a la que el observador que acelera vería un resplandor, el observador tendría que estar acelerando a 100 quintillones de metros por segundo al cuadrado. El brillo del efecto Unruh es térmico; si un objeto acelera más rápido, la temperatura del resplandor será mayor.
Se han sugerido métodos anteriores para observar el efecto Unruh. Pero este equipo cree que tiene una gran oportunidad de observar el efecto, gracias a sus hallazgos sobre las propiedades del campo cuántico.
“Nos gustaría construir un experimento dedicado que pueda detectar inequívocamente el efecto Unruh y luego proporcionar una plataforma para estudiar varios aspectos asociados”, dijo Vivishek Sudhir, físico del MIT y coautor del trabajo. “Inequívoco es el adjetivo clave aquí: en un acelerador de partículas, son realmente montones de partículas las que se aceleran, lo que significa que inferir el sutil efecto Unruh de entre todas las interacciones entre partículas en un grupo se vuelve muy difícil”.
“En cierto sentido”, concluyó Sudhir, “necesitamos hacer una medición más precisa de las propiedades de una sola partícula acelerada bien identificada, que no es para lo que están hechos los aceleradores de partículas”.
La esencia de su experimento propuesto es provocar el efecto Unruh en un entorno de laboratorio, utilizando un átomo como detector del efecto Unruh. Al acribillar a un solo átomo con fotones, el equipo elevaría la partícula a un estado de mayor energía, y su transparencia inducida por la aceleración silenciaría la partícula ante cualquier ruido cotidiano que opacaría la presencia del efecto Unruh.
Al golpear la partícula con un láser, “aumentará la probabilidad de ver el efecto Unruh, y la probabilidad aumentará según la cantidad de fotones que tengas en marcha”, dijo Šoda. “Y ese número puede ser enorme, dependiendo de cómo de fuerte fuerte sea el láser que tengas”. En otras palabras, debido a que los investigadores podrían acribillar una partícula con un billón de fotones, aumentaría mucho la probabilidad de que tenga lugar el efecto Unruh.
Debido a que el efecto Unruh es análogo a la radiación de Hawking en muchos aspectos, los investigadores creen que las dos propiedades del campo cuántico que han descrito recientemente podrían usarse para estimular la radiación de Hawking e implicar la existencia de transparencia inducida por la gravedad. Dado que nunca se ha observado la radiación de Hawking, desentrañar el efecto Unruh podría ser un paso que nos ayudase a comprender mejor el brillo teórico alrededor de los agujeros negros.
Por supuesto, estos hallazgos se quedarían un poco en agua de borrajas si finalmente el efecto Unruh no se puede observar directamente en un laboratorio como habían predicho. Pero ahora queda por ver cuándo llevarán a cabo este experimento y si han acertado o no con sus cálculos.