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» » ¿Hay un metamaterial que acecha en el universo primigenio?

 Un científico de EE.UU. plantea que el vacío debe comportarse como un metamaterial en los campos de alto magnetismo. Dichos campos magnéticos estuvieron probablemente presentes en los inicios del universo, y por lo tanto, él sugiere que, es posible probar la predicción observando la radiación del fondo cósmico de microondas (CMB), una reliquia de los inicios del universo que en la actualidad aún puede observarse.


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

Sopa de quarks y antiquarks

En abril, Chernodub sostuvo que un campo magnético extremadamente alto sería capaz de crear un superconductor en el vacío a lo largo del eje de ese campo, donde el vacío restante aisla de las direcciones perpendiculares al campo. Esta predicción se basa en la cromodinámica cuántica (QCD), que describe las interacciones entre quarks y gluones. La QCD trata el vacío que no está vacío, algo así como una sopa hirviendo de quarks y antiquarks virtuales apareciendo constantemente dentro y fuera de la existencia. Un quark arriba puede combinar con un antiquark abajo para producir un mesón rho.

Estos mesones rho son normalmente tan inestables que desaparecen casi al instante; no obstante, Chernodub ha calculado que, si la intensidad del campo magnético es superior a 1.016 T, los mesones se volverían estables. Esto, según su predicción, los conducirían a un estado superconductor. Sin embargo, sería imposible ponerlo a prueba en el laboratorio hoy en día, 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 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, parecido al entramado de Abrikosov de un superconductor. El vacío cercano a cada 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 nosotros, hechos de regiones que contienen entramados de conducción y de materiales aislantes. Smolyaninov ha demostrado que este entramado inducido del campo magnético funcionaría como un metamaterial hiperbólico. Estos metamateriales poseen la extraña propiedad óptica, contraria a la intuición, de tener un índice de refracción negativo, por lo que se han utilizado para crear superlentes capaces de resolver rasgos más pequeños que el límite de difracción impuesto a las lentes normales.

Mientras que los físicos no tengan acceso a campos magnéticos lo bastante fuertes 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 superlente de metamaterial gigante, 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 huellas 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, ya sabes que tu superconductor es un metamaterial perfecto. Es como estar buscando una moneda y él la señala justo enfrente de mi nariz". Sin embargo, se pregunta, que en las condiciones extremadamente calientes y densas del universo primitivo, la superconductividad, y por tanto, la lente de metamaterial, si pudo haber estado a tal distancia de la temperatura cero y del modelo de presión utilizados en el documento de Smolyaninov -y del suyo propio-, eso sería imposible.

El cosmólogo Andrew Jaffe, del Imperial College de Londres también se muestra escéptico sobre la posibilidad de probar esa idea como evidencia de los inicios del universo. "Tengo un punto de desacuerdo, que es que muchas de las ideas sobre generar campos magnéticos muy fuertes, habrían ocurrido cuando el universo era pequeño, en comparación con el radio del mesón rho. Por lo tanto, no estoy seguro de que los cálculos de Smolyaninov puedan aplicarse. Y en el caso en su momento que se haga, sospecho que la magnitud del campo habría sido demasiado pequeña como para tener un efecto de polarización del vacío."

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Editor del blog Pedro Donaire

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