lunes, 23 de enero de 2012

¿Existió un metamaterial acechando en el universo primigenio?

Un científico estadounidense plantea que el vacío debe comportarse como un metamaterial en los campos de alto magnetismo. Es probable que estos campos magnéticos hayan estado presentes en los inicios del universo y, por lo tanto, él sugiere que, es posible comprobar esta predicción observando la radiación del fondo cósmico de microondas (Cosmic Microwave Background = CMB), una reliquia de los inicios del universo que aún puede observarse en la actualidad


Una de las predicciones de la física más extrañas del 2011 fue la sugerencia de Maxim Chernodub, del Centro Nacional Francés de Investigaciones Científicas, que dijo que, con campos magnéticos extremadamente altos, pueden surgir estados superconductores a partir del vacío. Esto fue particularmente interesante, porque una de las principales dificultades que enfrentan los científicos que trabajan en la superconductividad tradicional es prevenir que los estados superconductores desaparezcan en presencia de campos magnéticos, incluso moderados.

Sopa de quarks y antiquarks

En abril del año pasado, Chernodub sostuvo que un campo magnético extremadamente alto debería crear superconducción en el vacío a lo largo del eje de ese campo, y el vacío restante aislando en dirección perpendicular al campo. Esta predicción se basa en lacromodinámica cuántica (quantum chromodynamics = QCD), que describe las interacciones entre quarks y gluones. La QCD trata al vacío no como un espacio vacío, sino algo así como una hirviente sopa de quarks y antiquarks virtuales que aparecen y desaparecen constantemente de la existencia. Un quark arriba puede combinar con un anti quark abajo para producir un mesón rho.

Normalmente, estos mesones rho son tan inestables que desaparecen casi al instante; sin embargo, Chernodub ha calculado que, si la intensidad del campo magnético es superior a 1016 T, los mesones se volverían partículas sin masa, por lo tanto estables. Esto, según su predicción, los llevaría a un estado superconductor. Esto sería imposible de reproducir en un laboratorio en la actualidad, ya que aquí, en la Tierra, los científicos tienen verdaderos problemas para producir campos de más de 100 T.

Ahora, Igor Smolyaninov, de la Universidad de Maryland, basándose en el trabajo de Chernodub quiere demostrar que las líneas paralelas de un campo magnético en el vacío se organizarían para formar un entramado triangular en el plano perpendicular al campo, similar a la red de Abrikosov de un superconductor. El vacío cercano una línea del campo sería un superconductor, mientras que las regiones entre las líneas del campo actuarían como aislantes.

Extrañas propiedades

Esta configuración es muy similar a la de ciertos metamateriales fabricados por el hombre, formados de regiones que contienen entramados de material conductor y material aislante. Smolyaninov ha demostrado que este entramado inducido por el campo magnético funcionaría como un metamaterial hiperbólico. Estos metamateriales poseen una extraña propiedad óptica, contraria a la intuición, de tener un índice de refracción negativo, y se han utilizado para crear superlentes capaces de resolver rasgos más pequeños que lo que impone el límite de difracción a las lentes normales.

Mientras que los físicos no tengan acceso a campos magnéticos suficientemente potentes como para poner a prueba la teoría de Smolyaninov, el campo magnético del universo, en la primera fracción de segundo después del Big Bang, podría haber sido lo suficientemente fuerte como para dar lugar al estado superconductor de Chernodub. El universo en su conjunto puede, por tanto, comportarse como una gigantesca superlente de metamaterial, argumenta Smolyaninov. Pese a que todavía debe hacer una predicción exacta y comprobable, Smolyaninov sugiere que, debería ser posible probar la idea del metamaterial, y, por inferencia, la idea de la superconductividad del vacío, mediante la búsqueda de señales de este efecto de lente en la actual estructura del universo, y en particular, en el CMB.

“Justo enfrente de mi nariz”

Chernodub está impresionado y explica que, mientras continúa trabajando en la superconductividad de vacío, también ha estado pensando en los metamateriales en la física de alta energía sin haber conectado ambos conceptos. “Entonces, replica Smolyaninov, sonriendo, ‘Hey, sabes que tu superconductor es un metamaterial perfecto’. Es como estar buscando una moneda y te la ponen justo enfrente de tu nariz”. Se pregunta, sin embargo, si las condiciones extremadamente calientes y densas del universo primitivo pudieron o no haber estado a tal distancia de la temperatura cero y del modelo de presión utilizados en el artículo de Smolyaninov y el propio como para que la superconductividad, y por lo tanto, la lente de metamaterial, fuesen imposibles.

El cosmólogo Andrew Jaffe, del Imperial College de Londres también se muestra escéptico sobre la posibilidad de probar esa idea utilizando como evidencia los inicios del universo. “Creo que hay una importante pega, que es que muchas de las ideas sobre la generación de campos magnéticos muy fuertes correponden a cuando el universo era pequeño en comparación con el radio del mesón rho. Por lo tanto, no estoy seguro de que se puedan aplicar los cálculos de Smolyaninov. Y en el momento en que ellos lo aplican, sospecho que la magnitud del campo habría sido demasiado pequeña como para tener un efecto de polarización del vacío.”

Fuente: Physics World. Traducido por Eduardo J. Carletti


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