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THE CONVERSATION \/ VOZP\u00d3PULI<\/strong><\/p>\n\n\n\n Supongamos que estamos en un espect\u00e1culo de magia y que un mago nos proporciona una caja met\u00e1lica y un detector de part\u00edculas<\/a> para indagar en su interior. Abrimos la caja y comprobamos con nuestro detector que est\u00e1 totalmente vac\u00eda de part\u00edculas<\/strong>. F\u00edsicamente, dir\u00edamos que la caja se encuentra en su estado de m\u00ednima energ\u00eda o <\/strong>estado vac\u00edo<\/strong><\/a>, pues no hay nada en su interior\u2026 Aparentemente<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n Ahora el mago sella totalmente la caja y la introduce en un aparato que hace oscilar sus paredes con una frecuencia alt\u00edsima<\/strong>. Despu\u00e9s de unos segundos nos vuelve a dar la caja y al abrirla\u2026 \u00a1sorpresa! nuestro detector comienza a medir la presencia de part\u00edculas en el interior<\/strong>. La caja, inicialmente vac\u00eda y sellada durante todo el proceso, ya no est\u00e1 tan vac\u00eda. \u00bfD\u00f3nde est\u00e1 el truco?<\/strong><\/p>\n\n\n\n \u00abNo hay ning\u00fan truco, es magia<\/strong>\u00ab, contestar\u00eda el mago.<\/p>\n\n\n\n Efectivamente, nuestra intuici\u00f3n nos dice que, si inicialmente no hay nada dentro de la caja, no puede producirse nada espont\u00e1neamente del vac\u00edo, como por arte de magia. \u00abAlg\u00fan truco tiene que haber\u00bb, pensar\u00edamos al salir del espect\u00e1culo.\u00a0Pues no, ni hay truco, ni es magia<\/strong>: es\u00a0mec\u00e1nica cu\u00e1ntica<\/strong><\/a>.<\/p>\n\n\n\n La teor\u00eda cu\u00e1ntica<\/strong>, como suele ser habitual, nos rompe todos los esquemas <\/strong>y evidencia que nuestra intuici\u00f3n est\u00e1 fuertemente construida sobre principios de f\u00edsica cl\u00e1sica<\/a>.<\/p>\n\n\n\n En f\u00edsica cu\u00e1ntica<\/strong><\/a>, a\u00fan si un observador vaciara el interior de una caja de todo contenido material, de tal forma que no pudi\u00e9ramos encontrar ni una sola part\u00edcula o fot\u00f3n<\/a> de luz dentro, el estado vac\u00edo resultante del sistema no est\u00e1 verdaderamente \u00abvac\u00edo\u00bb<\/strong>, aunque parezca sorprendente. La caja est\u00e1 llena de lo que conocemos como \u00abcampos cu\u00e1nticos<\/strong>\u00bb y, de hecho, dicho observador puede llegar a medir una energ\u00eda diferente de cero en su interior.<\/p>\n\n\n\n \u00bfQu\u00e9 es un <\/strong>campo cu\u00e1ntico<\/strong><\/a>?<\/strong><\/p>\n\n\n\n Simplificando mucho, un campo cu\u00e1ntico puede entenderse como una red infinita de bolas virtuales que permean todo el <\/strong>espacio-tiempo<\/strong><\/a>. Estas bolas est\u00e1n interconectadas por resortes que permiten que la red vibre con diferentes modos de oscilaci\u00f3n<\/a>. En otras palabras: un campo cu\u00e1ntico puede entenderse como una colecci\u00f3n infinita <\/strong>de osciladores arm\u00f3nicos<\/a> acoplados y situados en cada punto del espacio-tiempo.<\/p>\n\n\n\n Dicho campo cu\u00e1ntico puede encontrarse en diferentes estados<\/strong>, cada uno de los cuales puede caracterizarse mediante el valor de su energ\u00eda. Cuando el campo est\u00e1 en su estado de m\u00ednima energ\u00eda<\/strong> decimos que se encuentra en su estado vac\u00edo<\/strong>. Pero dicho vac\u00edo no es igual si el campo est\u00e1 dentro o fuera de la caja<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n Si el campo est\u00e1 libre<\/strong> (sin las ligaduras que imponen las paredes de la caja del mago o cualquier otra interacci\u00f3n), los resortes que interconectan los osciladores arm\u00f3nicos se encontrar\u00edan en su estado de equilibrio o relajaci\u00f3n<\/strong>, con energ\u00eda potencial<\/a> nula.<\/p>\n\n\n\n Debido a que cada oscilador puede tener una energ\u00eda potencial no nula, este es el estado de m\u00ednima energ\u00eda del campo libre, o estado vac\u00edo, cuyo valor de la energ\u00eda<\/strong> podemos convenientemente fijar a cero<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n Ahora bien, la situaci\u00f3n es distinta dentro de la caja<\/strong> met\u00e1lica. En este caso las paredes pueden \u00abtensionar\u00bb los resortes<\/strong> que acoplan a las infinitas bolas (los infinitos osciladores arm\u00f3nicos del campo cu\u00e1ntico) en comparaci\u00f3n a cuando el campo est\u00e1 libre.<\/p>\n\n\n\n Dicha \u00abtensi\u00f3n\u00bb hace que la energ\u00eda potencial de cada uno de los osciladores sea distinta de cero<\/strong>. Como consecuencia, dentro de la caja un observador puede medir valores de energ\u00eda no nulos incluso en el estado de m\u00ednima energ\u00eda<\/strong>. Es m\u00e1s, medir\u00e1 tanto m\u00e1s energ\u00eda cuanto m\u00e1s peque\u00f1a sea la caja, pues m\u00e1s \u00abtensionados\u00bb estar\u00e1n los osciladores en su interior<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n Esto es lo que se conoce como efecto Casimir (est\u00e1tico)<\/a>. La caja sigue estando vac\u00eda en el sentido cl\u00e1sico<\/strong>, pues no hay part\u00edculas en su interior, pero el estado vac\u00edo del campo se dice que est\u00e1 \u00abtensionado\u00bb o \u00abpolarizado\u00bb<\/strong>, ya que el campo tiene una energ\u00eda distinta a cuando est\u00e1 libre.<\/p>\n\n\n\n Por ejemplo, para una \u00abcaja\u00bb ideal constituida por dos placas met\u00e1licas paralelas<\/strong> de extensi\u00f3n infinita, la energ\u00eda por unidad de volumen que predice la teor\u00eda cu\u00e1ntica<\/a> de campos es: -hc\/L\u2074 (Pi\/1440). En esta expresi\u00f3n \u00abc\u00bb denota la velocidad de luz en vac\u00edo<\/a>, \u00abL\u00bb es la distancia entre placas y \u00abh\u00bb es la constante de Planck<\/a>. Como vemos, a menor separaci\u00f3n de placas, mayor es la energ\u00eda del vac\u00edo<\/strong>. La presencia de la constante de Planck es lo que indica que dicha energ\u00eda tiene un origen genuinamente cu\u00e1ntico. En el l\u00edmite cl\u00e1sico, h = 0, la energ\u00eda del vac\u00edo es cero.<\/p>\n\n\n\n Hasta ahora hemos hablado de energ\u00eda. Pero \u00a1el detector ha encontrado part\u00edculas dentro de la caja! \u00bfC\u00f3mo explican los campos cu\u00e1nticos la existencia de part\u00edculas en la caja <\/strong>del mago?<\/p>\n\n\n\n Si la red virtual de osciladores arm\u00f3nicos del campo cu\u00e1ntico (las infinitas bolas interconectadas) sufre una perturbaci\u00f3n por alg\u00fan agente externo<\/strong>, se pueden excitar modos de vibraci\u00f3n u oscilaci\u00f3n en la red. Estos modos se manifiestan, f\u00edsicamente, en forma de ondas o part\u00edculas propag\u00e1ndose en el espacio-tiempo<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n Esto es lo que ocurre, precisamente, con las oscilaciones de la caja producidas por la m\u00e1quina del mago. Las paredes est\u00e1n acopladas a la red de osciladores y estimulan as\u00ed dichas vibraciones<\/strong> sobre el propio campo. En otras palabras, las oscilaciones de la caja excitan al campo, que pasa del estado vac\u00edo a estados de mayor energ\u00eda, llamados estados excitados o estados de part\u00edculas<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n De esta manera, el truco de magia no ser\u00eda m\u00e1s que un truco de <\/strong>f\u00edsica cu\u00e1ntica<\/strong><\/a>.<\/p>\n\n\n\n Este mecanismo din\u00e1mico<\/strong> de creaci\u00f3n espont\u00e1nea de part\u00edculas<\/a> a partir del vac\u00edo cu\u00e1ntico se conoce como efecto Casimir din\u00e1mico<\/a> y tiene profundas implicaciones f\u00edsicas<\/strong>. Por ejemplo, al igual que las oscilaciones de las paredes de la caja, la expansi\u00f3n o contracci\u00f3n del propio espacio-tiempo<\/a> es tambi\u00e9n capaz de excitar pares de part\u00edculas del vac\u00edo<\/a>.<\/p>\n\n\n\n Este efecto cu\u00e1ntico se cree que podr\u00eda ser el responsable<\/strong> de producir, durante la explosi\u00f3n del big bang<\/em> cosmol\u00f3gico<\/a>, toda la materia que abunda en nuestro universo<\/strong>. Pero esta es una gran historia para otro d\u00eda.<\/p>\n\n\n\n Adrian del Rio Vega<\/a>, Investigador Maria Zambrano en el Departamento de F\u00edsica Te\u00f3rica – IFIC, Universitat de Val\u00e8ncia<\/a>.<\/p>\n\n\n\n Este art\u00edculo fue publicado originalmente en\u00a0The Conversation<\/a>. Lea el\u00a0original<\/a>.<\/p>\n\n\n\nLa ‘magia’ de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica<\/h2>\n\n\n\n
Un campo de bolas<\/h2>\n\n\n\n
Fuera de la caja<\/h2>\n\n\n\n
Dentro de la caja<\/h2>\n\n\n\n
Pero\u2026 \u00bfc\u00f3mo surgen las part\u00edculas en el vac\u00edo?<\/h2>\n\n\n\n
La creaci\u00f3n espont\u00e1nea de part\u00edculas<\/h2>\n\n\n\n