Analogía de la creación cosmológica de partículas

“En la cosmología existe este efecto cuántico”, dice Ralf Schützhold a PhysOrg.com. “En el universo, existe un estado base, que está vacío. Pero si el universo comienza a expandirse o contraerse, el vacío se distorsiona y no queda vacío por más tiempo. Se crean partículas”.

Los efectos cuánticos descritos por Schützhold, teórico en el Instituto para Física Teórica en la Universidad Tecnológica de Dresden, en Alemania, son pequeños por ahora. “Este efecto ahora mismo es probablemente muy diminuto”, dice. “Pero durante la formación del universo, los efectos cuánticos probablemente desempeñaron un gran papel”.

Schützhold y sus colegas, Michael Uhlmann en el Instituto de Dresden, y los científicos experimentales Lutz Petersen, Hector Schmitz, Axel Friedenauer y Tobias Schätz en el Instituto Max Planck Institute para Óptica Cuántica en Garching, Alemania, esperan modelar la cuántica de partículas usando un modelo análogo de fonones en una trampa de iones. Su trabajo se discute en un artículo titulado “Analogue of Cosmological Particle Creation in an Ion Trap (Analogía de la creación cosmológica de partículas en una trampa de iones)”, y publicado en Physical Review Letters.

“En esta analogía, esperamos ver los mismos efectos de creación cuántica de partículas que suceden en el universo. Pero en lugar de electrones y fotones, como en el universo, usamos fonones en una trampa de iones”, explica Schützhold. Señala que a través de tal analogía, sería posible “ver los efectos cosmológicos y hacer experimentos”.

“Uno de los indicadores básicos que proponemos usar”, dice Schützhold, “son los pares. Las partículas creadas por estos efectos cuánticos siempre aparecen en pares. En la trampa de iones seria de la misma forma. Si existe un efecto cuántico, los fonones aparecerían en pares. Si encontramos que tenemos dos partículas en lugar de una, entonces este es un fuerte indicador de los efectos cuánticos”. Tal detección en la trampa de iones ayudaría a descartar efectos que lleven a la creación de partículas debida a efectos de la física clásica como el calentamiento.

Schützhold señala que la comprensión de los efectos cuánticos que lleva a la creación de partículas no apuntaría directamente a cómo se formó el universo. “Esta es una forma de ayudar a comprender los posibles efectos cuánticos de los inicios del universo, pero no es una prueba directa de la creación cosmológica de partículas”. Se detiene antes de continuar y añade: “A largo plazo, esto podría ayudarnos a entender mejor temas de la teoría”.

Una de las cualidades más atractivas de la analogía de la trampa de iones propuesta por los científicos alemanes es que es posible ver los resultados usando la tecnología actual. De acuerdo con Schützhold, Schätz, líder del grupo experimental en Garching, dice que ya han realizado un experimento preliminar donde enfriaron iones cerca del estado base y lograron bombeo óptico con una precisión del 99 por ciento. “Aún no está completamente listo”, admite, “pero debería estar listo tal vez para finales de año o inicios del siguiente”.

Este experimento, explica Schützhold, es una forma de demostrar los efectos cuánticos tras la creación de partículas y un trabajo hacia la comprensión de las cuestiones fundamentales de la física cuántica. “Este efecto cuántico se ha calculado sólo en la teoría”, dijo. “Por supuesto queremos verlo en un experimento…Aún no se ha observado en la práctica”.

Y aunque la tecnología para medir directamente los efectos cuánticos en la creación de partículas pueden tardar aún años, Schützhold y sus colegas pueden haber encontrado una forma de comprender estos efectos usando una analogía experimental que podría posibilitar un modelo de los mismos efectos.


Autor: Miranda Marquit
Fecha Original: 3 de diciembre de 2007
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