En física cuántica, el vacío no está completamente vacío. Está atravesado constantemente por fluctuaciones diminutas, como vibraciones muy débiles. Estos movimientos generalmente permanecen invisibles. Pero en ciertas condiciones, pueden amplificarse y dar lugar... a partículas.
Este mecanismo, llamado amplificación paramétrica, puede compararse con un fenómeno simple. Es como un columpio al que se le dan impulsos regulares en el momento adecuado. El movimiento se amplifica progresivamente. Aquí, son las fluctuaciones del vacío las que son "empujadas" hasta volverse observables.
Para probar esta idea, los científicos utilizaron un gas de átomos de helio enfriado a una temperatura extremadamente baja, cercana al cero absoluto. A este nivel de frío, la materia adopta un comportamiento muy particular, gobernado por las leyes cuánticas.
El gas se mantiene en su lugar gracias a haces láser. Al variar regularmente la intensidad de uno de estos láseres, los investigadores provocan una vibración controlada del sistema. Esta oscilación actúa como los impulsos en el columpio y amplifica ciertas fluctuaciones.
Resultado: aparecen excitaciones en el gas. Se llaman fonones, que pueden verse como pequeñas "ondas" de energía que se propagan en el medio, y se asimilan a "cuasipartículas". Pero persiste una dificultad: algunas de estas excitaciones también pueden provenir de la temperatura residual del gas, aunque sea muy baja.
Para asegurarse de que provienen efectivamente del vacío cuántico, los investigadores buscaron una firma específica. Demostraron que estos fonones aparecen en pares estrechamente vinculados, en un fenómeno de entrelazamiento cuántico. Esto significa que sus propiedades están fuertemente correlacionadas, de una manera imposible de explicar con la física clásica.
Distribución de velocidades observada: el pico central corresponde al condensado, mientras que los dos picos laterales representan las excitaciones creadas, propagándose en sentidos opuestos. Un esquema también ilustra su entrelazamiento cuántico.
Crédito: V. Gondret et al., 2025 American Physical Society Esta observación es importante, porque confirma que las fluctuaciones del vacío sirvieron efectivamente como punto de partida. Hasta ahora, este entrelazamiento había sido predicho por la teoría, pero nunca observado directamente en este tipo de sistema.
Más allá de esta demostración, el experimento abre nuevas perspectivas. Al aumentar el número de estas excitaciones, los investigadores podrán estudiar cómo interactúan entre sí. Este comportamiento colectivo sigue siendo difícil de describir con las herramientas teóricas actuales.
Estos trabajos también interesan a los cosmólogos. De hecho, mecanismos similares podrían haberse producido justo después del Big Bang, cuando el Universo estaba en plena expansión y aparecieron partículas a partir de fluctuaciones iniciales.
Este tipo de experimento actúa por lo tanto como un modelo en miniatura del cosmos. Al recrear estas condiciones en laboratorio, los científicos disponen de una herramienta valiosa para comprender mejor fenómenos que tuvieron lugar en los orígenes de nuestro Universo.
Este avance se describe en la revista
Physical Review Letters.
Fuente: CNRS INP