Partículas efímeras podrían cambiar la velocidad de la luz

Dos artículos publicados por The European Physical D desafían los conocimientos establecidos sobre la naturaleza del vacío, concepto que en física hace referencia a la condición de regiones donde la densidad de partículas (subatómicas) es muy baja, como por ejemplo el espacio interestelar o una cavidad cerrada donde la presión del aire u otros gases es menor que la atmosférica.

En uno de estos artículos, Marcel Urban, de la Universidad de Paris-Sud (Francia), y sus colaboradores explican que han identificado a nivel cuántico un mecanismo para la interpretación del vacío como una región llena de pares de partículas virtuales, con valores energéticos fluctuantes.

Esto significaría que las características inherentes al vacío, como la velocidad de la luz, podrían no ser constantes sino fluctuantes, según publica Springer.

Por otra parte, un segundo estudio, de Gerd Leuchs y Luis L. Sánchez-Soto, del Instituto Max Planck de Física de la Luz de Erlangen, en Alemania, sugiere que constantes físicas como la velocidad de la luz o la impedancia de espacio libre serían indicadoras del número total de partículas elementales presentes en la naturaleza.

Depende del vacío

El vacío es uno de los conceptos más interesantes de la física. Cuando se observa a nivel cuántico, el vacío no está vacío sino lleno de partículas que continuamente aparecen y desaparecen, como pares de electrones y positrones o de quarks y antiquarks. Estas partículas efímeras son partículas reales, pero tienen un tiempo de vida muy corto.

En su estudio, Urban y sus colaboradores han logrado establecer, por vez primera, un detallado mecanismo cuántico que explicaría la magnetización y la polarización del vacío -a las que se conoce respectivamente como permeabilidad magnética del vacío y permitividad del vacío -; y también la velocidad finita de la luz.

Este hallazgo es relevante, ya que sugiere la existencia de un número limitado de partículas efímeras por unidad de volumen de vacío.

En consecuencia, habría una posibilidad teórica de que la velocidad de la luz no fuese fija, como asume la física convencional, sino que podría fluctuar en un nivel independiente de la energía de cada cuanto de luz, o fotón, y en mayor grado que las fluctuaciones inducidas por la gravedad de nivel cuántico.

La velocidad de la luz sería dependiente, por tanto, de las variaciones de las propiedades del vacío del espacio o tiempo. Se estima que las fluctuaciones del tiempo de propagación de los fotones es del orden de los 50 attosegundos (unidad de tiempo equivalente a la trillonésima parte de un segundo) por metro cuadrado de vacío atravesado, lo que podría ser comprobable con la ayuda de nuevos láseres ultrarrápidos.

Esta propuesta supondría un cambio en el concepto establecido de velocidad de la luz en el vacío, definido como constante universal de valor 299.792.458 m/s en 1983. Fue entonces cuando esta cifra fue incluida oficialmente en el Sistema Internacional de Unidades.

Luz para contar partículas

Por otra parte, Leuchs y Sánchez-Soto han modelado pares de partículas virtuales cargadas, como los dipolos eléctricos responsables de la polarización del vacío.

Los científicos descubrieron así que una propiedad específica de vacío llamada impedancia, crucial para la determinación de la velocidad de la luz, depende solo de la suma del cuadrado de las cargas eléctricas de las partículas, pero no de sus masas.

Si su idea fuese correcta, el valor de la velocidad de la luz en combinación con el valor de la impedancia del vacío proporcionaría una indicación del número total de partículas elementales cargadas existentes en la naturaleza. Los resultados experimentales han apoyado esta hipótesis.

Referencias bibliográficas:

Marcel Urban, François Couchot, Xavier Sarazin, Arache Djannati-Atai. The quantum vacuum as the origin of the speed of light. The European Physical Journal (2013). DOI: 10.1140/epjd/e2013-30578-7.

Gerd Leuchs, Luis L. Sánchez-Soto. A sum rule for charged elementary particles. The European Physical Journal (2013). DOI: 10.1140/epjd/e2013-30577-8.