Las partículas que viajan a través del espacio vacío pueden emitir destellos brillantes de rayos gamma al interactuar con el vacío cuántico, según un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Strathclyde.

Se sabe desde hace mucho tiempo que las partículas cargadas, como electrones y protones, producen el equivalente electromagnético de un boom sónico cuando sus velocidades superan la de los fotones en el medio circundante. Este efecto, conocida como emisión de Cherenkov, es responsable del característico resplandor azul del agua en un reactor nuclear, y se utiliza para detectar partículas en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.

Según Einstein, nada puede viajar más rápido que la luz en el vacío. Debido a esto, generalmente se asume que la emisión de Cherenkov no puede ocurrir en el vacío. Pero según la teoría cuántica, el vacío en sí está lleno de "partículas virtuales", que se mueven momentáneamente dentro y fuera de la existencia.

Estas partículas fantasmales generalmente no son observables pero, en presencia de campos eléctricos y magnéticos extremadamente fuertes, pueden convertir el vacío en un medio óptico donde la velocidad de la luz se reduce de modo que las partículas cargadas de alta velocidad puedan emitir rayos gamma de Cherenkov. Esto es totalmente inesperado en el vacío.

Un grupo de investigadores de física de Strathclyde ha descubierto que, en condiciones extremas, como el que se encuentra en el foco de los láseres más potentes del mundo, y los enormes campos magnéticos alrededor de las estrellas de neutrones, este vacío "polarizado" puede ralentizar los rayos gamma lo suficiente para que se produzca la emisión de Cherenkov. Esto significa que los rayos cósmicos de mayor energía que atraviesan los campos magnéticos que rodean a los púlsares deberían emitir predominantemente radiación de Cherenkov, muy por encima de otros tipos, como la radiación de sincrotrón. La investigación ha sido publicada como una sugerencia de los editores en Cartas de revisión física . Formó parte del laboratorio financiado por EPSRC en un proyecto Bubble dirigido por el profesor Dino Jaroszynski, investigar un conjunto de fenómenos fundamentales que ocurren en las interacciones láser-plasma, con aplicaciones en la industria, seguridad y medicina.

El profesor Jaroszynski dijo:"El proyecto Lab in a Bubble ofrece una oportunidad única de utilizar láseres de alta potencia para promover tanto el conocimiento fundamental como la tecnología avanzada en beneficio de la sociedad". Esta es una nueva predicción muy emocionante porque podría proporcionar respuestas a preguntas como ¿cuál es el origen del brillo de los rayos gamma en el centro de las galaxias? También, proporciona una nueva forma de probar algunas de las teorías científicas más fundamentales llevándolas a sus límites.

"Qué es más, hará una contribución importante a la nueva frontera de campo alto de la física, gracias a los notables avances en la tecnología láser que obtuvieron el premio Nobel de Física 2018 ". Dr. Adam Noble, quien concibió la idea y dirigió el esfuerzo de investigación teórica, dijo:Damos por sentado que nada puede salir del espacio vacío que consiste en puro vacío. Pero esto no es del todo cierto; la física cuántica moderna dice lo contrario, y hay algunas sorpresas intrigantes.

"Existe un enorme esfuerzo internacional para ampliar los límites de la tecnología láser. Si bien esto se debe a las numerosas aplicaciones prácticas de los láseres de alta potencia, su éxito dependerá de la comprensión de todos los procesos fundamentales involucrados en las interacciones láser-materia. Estos resultados revelan un nuevo aspecto de estos procesos ".

Alejandro Macleod, quien también trabajó en el proyecto como parte de su Ph.D. proyecto, dijo:"La electrodinámica cuántica es una de las teorías mejor probadas en física, con extraordinaria concordancia entre predicciones teóricas y datos experimentales. Pero este acuerdo solo se ha verificado en el régimen de campo débil. La radiación de Cherenkov al vacío ofrece una nueva forma de probar si sobrevive en el límite de campo fuerte ".

Lab in a Bubble es un proyecto de £ 4.5 millones dirigido por Strathclyde, Proyecto financiado por EPSRC para la producción de 'laboratorios' del tamaño de burbujas que podrían impulsar el tratamiento del cáncer, imágenes médicas y procesos industriales, además de permitir la investigación de problemas físicos fundamentales.

Los investigadores del proyecto internacional tienen como objetivo utilizar láseres de alta potencia para realizar experimentos en burbujas de plasma tan pequeñas que sus diámetros equivalen a una décima parte de la sección transversal de un cabello humano. El plasma forma el 99,999% de la materia visible del universo.