Los físicos descubren un método para emular la electrodinámica cuántica no lineal en un entorno de laboratorio

En la pantalla grande, en los videojuegos y en nuestra imaginación, los sables de luz brillan y se atrapan cuando chocan entre sí. En realidad, como en un espectáculo de luces láser, los haces de luz se atraviesan entre sí, creando patrones de telaraña. Ese choque, o interferencia, ocurre solo en la ficción, y en lugares con enormes campos magnéticos y eléctricos, lo que ocurre en la naturaleza solo cerca de objetos masivos como las estrellas de neutrones. Aquí, el fuerte campo magnético o eléctrico revela que el vacío no es realmente un vacío. En cambio, cuando los rayos de luz se cruzan aquí, se dispersan en arcoíris. Se ha observado una versión débil de este efecto en los aceleradores de partículas modernos, pero está completamente ausente de nuestra vida diaria o incluso de los entornos normales de laboratorio.

Yuli Lyanda-Geller, profesora de física y astronomía en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Purdue, en colaboración con Aydin Keser y Oleg Sushkov de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia, aplicaron métodos no perturbadores de la teoría cuántica de campos utilizados para describir partículas de alta energía. y los amplió para analizar el comportamiento de los llamados materiales de Dirac, que recientemente se convirtieron en el foco de interés. Utilizaron la expansión para obtener resultados que van más allá de los resultados conocidos de alta energía y del marco general de la física de la materia y los materiales condensados.

Sugirieron varias configuraciones experimentales con campos eléctricos y magnéticos aplicados y analizaron los mejores materiales que les permitirían estudiar experimentalmente este efecto electrodinámico cuántico en un entorno sin acelerador. Posteriormente descubrieron que sus resultados explicaban mejor algunos fenómenos magnéticos que habían sido observados y estudiados en experimentos anteriores.

Keser, Lyanda-Geller y Sushkov descubrieron que es posible producir este efecto en una clase de materiales novedosos que involucran bismuto (sus soluciones sólidas con antimonio y arseniuro de tantalio). Con este conocimiento, se puede estudiar el efecto, lo que podría conducir a sensores mucho más sensibles, así como a supercondensadores para el almacenamiento de energía que podrían encenderse y apagarse mediante un campo magnético controlado.

«Lo más importante es que uno de los misterios cuánticos más profundos del universo se puede probar y estudiar en un pequeño experimento de laboratorio», dijo Lyanda-Geller. «Con estos materiales, podemos estudiar los efectos del universo. Podemos estudiar lo que sucede en las estrellas de neutrones desde nuestros laboratorios».

Yuli Lyanda-Geller es experta en física mesoscópica y fenómenos de interferencia, fenómenos ópticos en nanoestructuras y física de la información cuántica, y el artículo está disponible en línea en Cartas de revisión física.