Extraen luz de la oscuridad en una impactante simulación cuántica

Un equipo de físicos de la Universidad de Oxford ha logrado un avance extraordinario en el campo de la física cuántica: mediante simulaciones avanzadas en tiempo real, recrearon un fenómeno en el que la luz surge literalmente de la oscuridad.

Crédito: MysteryPlanet.com.ar.

El estudio, publicado en la revista Communications Physics, demuestra cómo la interacción de tres potentes haces láser puede generar un cuarto haz de luz a partir del vacío cuántico, una región del espacio que, aunque parezca vacía, está repleta de actividad invisible.

Trabajando en colaboración con el Instituto Superior Técnico de la Universidad de Lisboa, los investigadores llevaron a cabo las primeras simulaciones tridimensionales y en tiempo real de este fenómeno, utilizando un software especializado llamado OSIRIS. Estas simulaciones revelan cómo los intensos campos electromagnéticos de los láseres pueden alterar el llamado vacío cuántico, provocando que pares virtuales de electrones y positrones reaccionen de manera que los fotones (partículas de luz) comiencen a interactuar entre sí.

Este efecto, conocido como «mezcla de cuatro ondas en el vacío», permite que los fotones se desvíen entre sí como si fuesen bolas de billar, dando lugar a un nuevo rayo de luz. Es un fenómeno que, hasta ahora, solo existía en teoría, y que ahora ha sido replicado de forma precisa por ordenador.

«Esto no es solo una curiosidad académica. Es un paso crucial hacia la confirmación experimental de efectos cuánticos que hasta ahora solo existían en modelos matemáticos», explicó el profesor Peter Norreys, coautor del estudio y miembro del Departamento de Física de Oxford.

Vista esquemática del experimento de birrefringencia en vacío. Crédito: Z. Zhang et al., Communications Physics, 2025.

El hallazgo cobra aún más relevancia con la inminente activación de una nueva generación de instalaciones láser ultrapoderosas alrededor del mundo. Entre ellas se destacan el Vulcan 20-20 en el Reino Unido, la Infraestructura Europea de Luz Extrema (ELI) y los proyectos SEL y SHINE en China. Estas plataformas podrían alcanzar la energía suficiente como para comprobar este fenómeno en un laboratorio por primera vez. En Estados Unidos, incluso ha sido seleccionado como uno de los tres experimentos principales en el futuro sistema láser OPAL de 25 petavatios, desarrollado por la Universidad de Rochester.

Zixin Zhang, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en Oxford, comentó: «Nuestro modelo computacional nos permite observar con gran detalle cómo evoluciona esta interacción en el vacío cuántico. Capturamos las firmas cuánticas del proceso, los tiempos clave y cómo pequeños cambios en la forma de los haces pueden alterar los resultados».

Más allá de este descubrimiento, las simulaciones también podrían servir para planificar experimentos que busquen partículas hipotéticas, como los axiones o partículas con cargas mínimas, posibles componentes de la misteriosa materia oscura.

Luis Silva, coautor del estudio y profesor visitante en Oxford, subrayó: «El futuro de la física fundamental se está construyendo ahora, combinando láseres de ultra alta intensidad, detectores de última generación y modelos numéricos como el que desarrollamos. Esto abre nuevas puertas para explorar los límites del universo conocido».

Este logro no solo confirma que el vacío cuántico está lejos de ser un simple «vacío», sino que también sugiere que la luz —símbolo del conocimiento y la existencia— puede surgir, literalmente, de la nada.

Fuente: Oxford. Edición: MP.