En un desarrollo innovador, investigadores de las Universidades de Oxford y Lisboa han simulado en tres dimensiones y en tiempo real cómo el vacío cuántico puede generar luz. Este descubrimiento, publicado en Communications Physics, marca un paso significativo hacia la comprensión de la naturaleza fundamental del espacio y la energía.
El trabajo del equipo se centra en la interacción de cuatro ondas en el vacío cuántico. Específicamente, demostraron que, bajo condiciones específicas, tres haces láser pueden generar una cuarta onda electromagnética, creando efectivamente luz a partir del espacio aparentemente vacío. Este fenómeno, predicho teóricamente, ahora se ha modelado computacionalmente con una resolución sin precedentes.
La simulación, que utiliza una versión ampliada del código OSIRIS, incorpora ecuaciones no lineales derivadas del lagrangiano de Heisenberg-Euler. Esto permite a los investigadores modelar el comportamiento de los campos eléctricos y magnéticos en condiciones extremas. La simulación no solo calcula el resultado final, sino que también permite una observación paso a paso de la formación del pulso de luz en tiempo real.
A diferencia de modelos anteriores, esta simulación integra perfiles láser realistas, incluyendo ancho, duración y ángulo de incidencia. Este enfoque detallado proporciona una base para la preparación de experimentos en el mundo real en instalaciones como la Extreme Light Infrastructure (ELI) en Europa y el proyecto Vulcan 20-20 en el Reino Unido. El pulso generado se propaga a casi la velocidad de la luz, confirmando su comportamiento como un fotón.
Esta investigación también podría ayudar en la búsqueda de partículas hipotéticas, como los axiones, que son componentes potenciales de la materia oscura. La capacidad de inducir efectos en el vacío cuántico abre nuevas vías para explorar territorios más allá de la física de partículas tradicional. La simulación ofrece datos valiosos para el diseño experimental, incluyendo la duración exacta, el tiempo de llegada y la intensidad máxima del pulso generado.
Este avance se produce a medida que una nueva generación de láseres ultra-intensos entra en funcionamiento. Instalaciones como ELI, SEL en China y el sistema OPAL en los Estados Unidos pronto tendrán la potencia necesaria para reproducir las condiciones simuladas. Esto marca un cambio de la experimentación a ciegas a una hoja de ruta que indica cómo, cuándo y dónde la luz puede emerger del vacío.
Este trabajo subraya la idea de que el vacío no es solo un telón de fondo, sino un actor dinámico con sus propias propiedades. La capacidad de crear luz a partir del vacío utilizando solo luz nos obliga a repensar los conceptos fundamentales de energía, materia y espacio, lo que representa un paso hacia una nueva física experimental de lo invisible.