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Bajo condiciones ideales – que implican una alta intensidad de un haz láser y 1 600 metros de largo y dos aceleradores de partículas –  podría ser posible crear algo de la nada, de acuerdo con investigadores de la Universidad de Michigan (EE.UU.).

Los científicos e ingenieros han desarrollado nuevas ecuaciones que muestran cómo un haz de electrones de alta energía en combinación con un pulso láser intenso puede destrozar un vacío dando origen a componentes fundamentales de materia y antimateria, y se desataría una cascada de eventos que generan pares adicionales de partículas y antipartículas.

«Ahora podemos calcular como, a partir de un solo electrón, varios cientos de partículas pueden ser producidas. Creemos que esto sucede en la naturaleza, cerca de púlsares y estrellas de neutrones», dijo Igor Sokolov, un científico de investigación en ingeniería que realizó esta investigación junto con el científico investigador asociado John Nees,  profesor emérito de ingeniería eléctrica Gerard Mourou y sus colegas de Francia.

En el corazón de este trabajo está la idea de que el vacío no es exactamente nada. «Es mejor decir, siguiendo al físico teórico Paul Dirac, que el vacío, o nada, es la combinación de materia y antimateria – partículas y antiparticles. Es tremendo, pero no podemos percibir cualquiera de ellos, porque sus efectos observables por completo se anulan entre sí «, dijo Sokolov.

La materia y la antimateria se destruyen entre sí cuando entran en contacto en condiciones normales.

«Pero en un fuerte campo electromagnético, esta aniquilación, que suele ser un mecanismo disipador, puede ser el origen de nuevas partículas,» dijo Nees. «En el curso de la aniquilación, los fotones gamma aparecen, y pueden producir electrones y positrones adicionales. »

Un fotón gamma es una partícula de  luz de alta energía. Un positrón es un anti-electrón, una partícula de imagen especular con las mismas propiedades que un electrón, pero una carga opuesta, positiva.

Los investigadores describen este trabajo como un gran avance teórico, y un «salto cualitativo en la teoría.»

Un experimento de finales de los 90 del siglo pasado logró generar a partir de un vacío  fotones gamma y un par electrón-positrón ocasional.  Estas nuevas ecuaciones llevan este trabajo un paso más al modelo de cómo un campo láser fuerte podría promover la creación de más partículas que las que se inyectan inicialmente en un experimento a través de un acelerador de partículas.

«Si el electrón tiene una capacidad para convertirse en tres partículas dentro de un plazo muy corto, esto significa que no es un electrón por más tiempo», dijo Sokolov.  «La teoría del electrón se basa en el hecho de que será un electrón para siempre. Pero en nuestros cálculos, cada una de las partículas cargadas se convierte en una combinación de tres partículas, más un cierto número de fotones.»

Los investigadores han desarrollado una herramienta para poner en práctica sus ecuaciones en el futuro en una escala muy pequeña con el láser HERCULES en la UM. ara probar el potencial completo de su teoría, un láser tipo HERCULES tendría que ser construido en un acelerador de partículas como el SLAC National Accelerator Laboratory en la Universidad de Stanford. Dicha infraestructura no está actualmente prevista.

Este trabajo podría tener aplicaciones en la fusión por confinamiento inercial, lo que podría producir energía más limpia en las reacciones de fusión nuclear, dicen los investigadores. Para Sokolov, es fascinante desde una perspectiva filosófica.

«La pregunta básica ¿qué es un vacío, y lo que es nada, va más allá de la ciencia», dijo. «Está profundamente arraigado en la base no sólo de la física teórica, sino de nuestra percepción filosófica de todo – de la realidad, de la vida, incluso la cuestión religiosa, que todo el mundo podría haber venido de la nada.»

Un artículo sobre este trabajo ha sido publicado en Physical Review Letters.

Sokolov es un científico investigador del Laboratorio de Investigación de Física Espacial del Departamento de Atmospheric, Oceanic and Space Sciences. Nees es un científico investigador asociado en Center for Ultrafast Optical Science y profesor asociado adjunto en el Departamento de Electrical Engineering and Computer Science.  Mourou es el AD Moore distinguido profesor emérito de Ingeniería Eléctrica que se encuentra actualmente en  el Institut de la Lumiere Extreme en Francia.  También contribuyeron Natalia M. Naumova, en el Laboratoire d’Optique Appliquee en Francia.

Esta investigación fue financiada en parte por el Departamento de Energía de EE.UU.

Fuente:  ScienceDaily

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