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| Un equipo internacional de investigación dirigido por la Universidad de Manchester ha logrado observar el llamado efecto Schwinger, un proceso escurridizo que normalmente sólo se produce en eventos cósmicos. Crédito: Matteo Ceccanti y Simone Cassandra. |
El efecto Schwinger es la producción no perturbadora de pares electrón-positrón cuando se aplica un campo eléctrico externo al vacío electrodinámico cuántico (QED).
Recientemente, científicos de la Universidad de Manchester han observado con éxito este efecto. Aplicando altas corrientes a través de dispositivos especialmente diseñados a base de grafeno, pudieron producir pares partícula-antipartícula a partir del vacío.
Hace casi 70 años, el premio Nobel Julian Schwinger predijo que los campos eléctricos o magnéticos intensos podían romper el vacío y crear espontáneamente partículas elementales. Este efecto, llamado efecto Schwinger, es un proceso elusivo que normalmente sólo se produce en eventos cósmicos.
Desde hace mucho tiempo, los físicos de partículas están deseosos de comprobar experimentalmente estas predicciones teóricas. Un equipo de investigación internacional dirigido por Manchester utiliza ahora el grafeno para imitar la producción de Schwinger de un par de electrones y positrones.
Para este estudio, los científicos diseñaron estrechas constricciones y superredes con grafeno. Esto permitió a los científicos obtener potentes campos eléctricos en un sencillo montaje de sobremesa. Este proceso generó pares de electrones y agujeros que los científicos observaron con claridad, y los detalles del proceso concordaron bien con las predicciones teóricas.
Los científicos también observaron otro proceso inusual de alta energía que no tiene análogos en la física de partículas ni en la astrofísica. Llenaron su vacío simulado con electrones y los aceleraron a la máxima velocidad permitida por el vacío del grafeno, que es 1/300 de la velocidad de la luz.
Observaron algo que se creía imposible: los electrones parecían volverse superluminosos, proporcionando una corriente eléctrica superior a la permitida por las reglas generales de la física cuántica de la materia condensada.
El origen de este efecto se explicó como la generación espontánea de portadores de carga adicionales (huecos).
El Dr. Alexey Berduygin, primer autor del artículo e investigador postdoctoral del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Manchester, declaró: "Normalmente se estudian las propiedades electrónicas utilizando campos eléctricos pequeños que permiten un análisis y una descripción teórica más fáciles. Decidimos forzar al máximo la fuerza de los campos eléctricos utilizando diferentes trucos experimentales para no quemar nuestros dispositivos".
El coautor principal del mismo departamento, el Dr. Na Xin, añadió: "Nos preguntamos qué podría ocurrir en este extremo. Para nuestra sorpresa, fue el efecto Schwinger y no el humo que salía de nuestro montaje".
Otro de los principales colaboradores, el Dr. Roshan Krishna Kumar, del Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona, dijo: "Cuando vimos por primera vez las espectaculares características de nuestros dispositivos de superredes, pensamos 'wow... podría ser algún tipo de nueva superconductividad'. Aunque la respuesta se parece mucho a las que se observan habitualmente en los superconductores, pronto descubrimos que el desconcertante comportamiento no era de superconductividad, sino de algo del ámbito de la astrofísica y la física de partículas. Es curioso ver estos paralelismos entre disciplinas tan distantes".
Fuentes, créditos y referencias:
Alexey I. Berdyugin et al. Out-of-equilibrium criticalities in graphene superlattices. DOI: 10.1126/science.abi8627
Fuente: Universidad de Manchester