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Detectan la radiación de Hawking

por Ariel Palazzesi 28 septiembre, 2010, 3:30 pm 25 Comments

Una de las consecuencias más interesantes del principio de incertidumbre de Heisenberg es la existencia de las llamadas “fluctuaciones cuánticas del vacío”. La teoría predice que durante brevísimos instantes se forman en el vacío pares partícula-antipartícula, y que cuando esto ocurre en los alrededores de un agujero negro, la intensa gravedad de este puede capturar una de ellas mientras que la otra escapa. Esa radiación, llamada “radiación de Hawking”, ha sido detectada por un equipo de físicos en un laboratorio.

La física cuántica es una verdadera caja de sorpresas. Cuando pensamos en el “espacio vacío” tendemos a imaginarnos un sitio en el que, como su nombre sugiere, no hay nada. Sin embargo, además de los ocasionales átomos de hidrógeno que se encuentran en cada rincón del universo, parece que una verdadera sopa de partículas virtuales bulle continuamente en él. Según se desprende de lo enunciado por Werner Karl Heisenberg en su “principio de incertidumbre”, y a pesar del famoso credo que reza “nada se crea ni nada se destruye”, en el vacío pueden surgir espontáneamente pares partícula-antipartícula. Estas “partículas virtuales” pueden aparecer “de la nada” tomado prestada energía al vacío, energía que debe devolverse rápidamente. Tanto el tiempo como la cantidad de energía de la que estamos hablando son sumamente pequeños. Si bien un físico que lea este párrafo puede terminar con un agudo dolor de estómago, no hay muchas maneras de explicar esto sin utilizar formulas demasiado complejas para el común de los mortales. Lo interesante de estos pares de partículas es que no siempre tienen la posibilidad de aniquilarse mutuamente.

Imaginemos que nuestras amigas virtuales tienen la “suerte” de aparecer espontáneamente en los alrededores de un agujero negro. Más que en los alrededores, en la región exacta en que se encuentra su horizonte de sucesos. A pesar de que la probabilidad es baja, es posible que uno de los miembros de este par de partículas se forme en el interior del agujero y la otra en el exterior del mismo. Cuando esto ocurre, la primera se precipitaría dentro del campo gravitatorio del agujero mientras que la segunda puede escapar alegremente del mismo. Antes que comiences a pensar que el balance neto de energía es diferente de cero -al fin y al cabo una partícula se ha “creado de la nada” y escapado a su destrucción-, recuerda que la que ha caído en el agujero terminará aniquilándose con otra en su interior, dando como resultado una disminución de masa de éste, por lo que todo se mantiene dentro de las leyes físicas conocidas. Pero lo que nos interesa hoy es la partícula que logra escapar de la destrucción.

Todas esas partículas que “escapan” del horizonte de sucesos del agujero negro constituyen la llamada “radiación de Hawking”. Recibe este nombre debido a que el famoso físico inglés Stephen Hawking postuló su existencia por primera vez en 1976, luego de haberse “inspirado” en 1973 durante un viaje a Moscú. En ese viaje, Hawking se reunió con dos científicos de esa nación -Yakov Zeldovich y Alexander Starobinsky- quienes le demostraron que, de acuerdo con el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica, los agujeros negros en rotación deberían crear y emitir partículas. Lamentablemente, la distancia que nos separa de los agujeros negros conocidos y la baja intensidad de esa radiación hace que nunca haya sido posible detectarla. Sin embargo, un artículo aparecido en estos días da cuenta que ese fenómeno ha sido reproducido -por primera vez- en un laboratorio. Se trata de el equipo liderado por Franco Belgiorno, de la Universidad de Milan, que ha producido radiación de Hawking disparando un pulso láser de gran potencia a través de un material no lineal, es decir, uno en el que la propia luz puede cambiar el índice de refracción del medio. Si bien no hay un agujero negro implicado, la radiación es la misma: otros físicos ya habían demostrado antes que estas singularidades no eran las únicas capaces de formar horizontes de sucesos. Cualquier medio en el que viajen ondas a su través puede crear un horizonte de sucesos y, como acaban de probar, emitir radiación de Hawking.

Según Belgiorno, cuando el pulso de luz se propaga por el material, se produce el cambio en el índice de refracción que crea una especie de “onda arco” en la que el índice de refracción mayor al del material que lo rodea. Esto provoca que la luz se ralentice, y como explica el físico, “eligiendo las condiciones apropiadas, es posible conseguir llevar a la luz a una parada”. Todo esto crea un límite que la luz no puede atravesar, algo que los físicos denominan “horizonte de sucesos de agujero blanco”, el inverso a un agujero negro. A pesar de lo que se podría deducir a partir de su nombre, estos “agujeros blancos” no son tan diferentes de los agujeros negros, al punto en que el mismo Hawking afirma que son formalmente equivalentes. Los pares de partículas que se forman en este tipo de horizontes se comportan de la misma forma que los que se crean en los alrededores de un agujero negro “normal”. Si un miembro del par atraviesa el horizonte, no puede seguir adelante y se ve atrapada, mientras que la otra escapa a la aniquilación y es libre de irse. El resultado de todo esto es que en el horizonte parecen generarse partículas cuánticas.

Llegados a este punto, y antes de salir corriendo a la calle para festejar semejante descubrimiento, hay que aclarar que el artículo ha sido publicado en un sitio en el que cualquiera puede publicar su trabajo, sin que sea necesaria una comprobación por otro equipo de científicos independiente. No estamos tratando de decir que Belgiorno y su gente no hayan dado con esta especie de “Santo Grial” de la física, sino que -como mínimo- aún es demasiado pronto como para afirmar categóricamente que la radiación detectada es efectivamente radiación de Hawking y no algo diferente. Como sea, es muy posible que en los próximos días la prensa se haga eco de este trabajo de forma masiva, y que el resto de la comunidad científica emita su opinión al respecto. Mientras tanto, nos alegramos de estar un poco más cerca de la comprensión de este extraño mecanismo cuántico.

Nota enarxiv.org

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