Primer multiverso de juguete creado en un laboratorio

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Artículo publicado el 30 de enero de 2013 en The Physics ArXiv Blog

Los investigadores aprovechan las extrañas propiedades de un metamaterial líquido para observar espacio-tiempos de Minkowski que aparecen y desaparecen.

Los metamateriales son sustancias sintéticas con estructuras a nanoescala que manipulan la luz. Esta capacidad de dirigir los fotones hace que sean la tecnología que permite las capas de invisibilidad y ha generado un intenso interés entre los investigadores.

Multiverse

Multiverso Crédito: In My Imagination


La capacidad de guiar la luz tiene consecuencias más profundas, no obstante. Distintos teóricos han señalado que hay una analogía matemática formal entre la forma en que ciertos materiales curvan la luz y la forma en que lo hace el espacio-tiempo en la relatividad general. De hecho, debería ser posible crear metamateriales que imiten el comportamiento no solo deI propio espacio-tiempo, sino también de otros objetos con los que los cosmólogos solo pueden soñar.

Es más, hace un par de años, echamos un vistazo a la sugerencia de Igor Smolyaninov, de la Universidad de Maryland en College Park, que debería ser posible usar metamateriales para crear un multiverso en el que distintas regiones del material se correspondiesen con universos con distintas propiedades.

Hoy, Smolyaninov y un par de compañeros anuncian las extraordinarias noticias de que han logrado hacer exactamente esto. Han creado un metamaterial que contiene muchos “universos” que son análogos matemáticamente del nuestro, aunque en tres dimensiones en lugar de cuatro.

“Estas regiones se comportan como espacio-tiempos transitorios de Minkowski de 2+1 dimensiones, los cuales aparecen y desaparecen temporalmente en un metamaterial mayor que hace de ‘multiverso’”, comentan.

El experimento es relativamente sencillo. Los metamateriales normalmente son difíciles de fabricar, debido a que se basan en estructuras a nanoescala. Sin embargo, Smolyaninov y sus colegas, en lugar de esto, han aprovechado la naturaleza autoensamblable de las nanopartículas de cobalto suspendidas en queroseno.

El cobalto es un material ferromagnético, por lo que las nanopartículas tienden a alinearse en un campo magnético. De hecho, si la densidad de las nanopartículas es lo bastante alta, el campo provoca que se alineen en columnas. Cuando sucede esto, las nanocolumnas forman un metamaterial que es un equivalente matemático de un espacio-tiempo de Minkowski 2+1.

La luz que lo traspasa se comporta como si esta región tuviese una dimensión temporal alineada con las nanocolumnas, y dos dimensiones del espacio, perpendiculares a las mismas.

Esto crea un universo de Minkowski. El truco que Smolyaninov y sus compañeros han logrado es crear un multiverso que contiene múltiples espacio-tiempos de Minkowski.

El secreto es mantener la densidad de nanopartículasjusto por debajo del umbral requerido para formar nanocolumnas. Esto es justo por encima del 8 por ciento del volumen del fluido, para este caso. Cuando sucede esto, las variaciones naturales en la densidad provocan que se formen nanocolumnas en pequeñas regiones del líquido. En efecto, aparecen y desaparecen minúsculos universos. Smolyaninov y sus colegas incluso pueden “ver” estos universos gracias al efecto de la luz polarizada que pasa a través del fluido.

Este es un resultado fascinante que demuestra la potencial autoorganización para crear metamateriales.

Smolyaninov también sugirió anteriormente que este tipo de trabajo podría dar a los físicos una forma de estudiar nuevos tipos de dispositivos ópticos, dado que se puede hacer que los fotones se comporten como partículas masivas, o sin masa, dependiendo de las propiedades del “universo”.

Claramente, queda mucho con lo que divertirse.


Artículo de referencia: arxiv.org/abs/1301.6055: Experimental Demonstration Of Metamaterial “Multiverse” In A Ferrofluid

Fecha Original: 30 de enero de 2013
Enlace Original

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