Consiguen por primera vez desviar la luz en el vacío

Un equipo del italiano Instituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN de Legnaro, cerca de Venecia, acaban de descubrir un fenómeno inédito: la rotación de la luz en el vacío bajo el efecto de un campo magnético, lo que supone la primera constatación de la existencia de las partículas elementales llamadas axiones, de masa casi despreciable, que según establecieron Peccei y Quinn hace casi 30 años, serían la base de la materia oscura. Otra posible estructura de la materia oscura serían los WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), partículas pesadas y neutras que interaccionan débilmente.

En Física, se denomina vacío al espacio en el que no hay materia. El vacío surge supuestamente de la materia y se supone que carece completamente de aire y partículas subatómicas. No es el caso del espacio interestelar que, aunque también se suele denominar vacío por extensión, tiene cierta densidad de aire y partículas, aunque muy baja.

El efecto de rotación de la luz en el vacío por efecto de un campo magnético supone que existen partículas subatómicas en dicho espacio vacío, que podrían ser de una especie aún desconocida y que quizá pudieran constituir la base de la materia oscura presente en el Universo.

Algo se mueve en el vacío

La materia oscura, invisible para nosotros, ha mostrado ya sus efectos en otros cuerpos pero aún no ha podido ser definida. Su existencia fue detectada en el año 1933 por el astrónomo suizo Fritz Zwicky, que estudiando el movimiento de un conjunto de galaxias situadas a 64 millones de años luz de la Tierra, descubrió que la masa del conjunto de cuerpos que conformaban dichas galaxias era 1.000 veces menor de lo esperado.

¿Qué más había que tenía tanta masa y que, además, mantenía unido a dichos grupos de planetas ? Así, se supo que la mayor parte del contenido del Universo es invisible, y que existe una materia negra u oscura que impide (rodeándolas y protegiéndolas) que la rápida rotación de las galaxias provoque su desintegración.

El efecto de la rotación de la luz en el vacío conseguido por los físicos italianos ha resultado mínimo pero es lo suficientemente importante como para confirmar la existencia de nuevas partículas elementales, supuestamente axiones, consideradas las mejores candidatas para explicar la formación de materia oscura, que se caracteriza porque ni absorbe ni emite luz, razón por la cual no puede ser vista.

El hallazgo vendría a ratificar un postulado de la física cuántica que señala que en el vacío puede haber partículas subatómicas que aparecen y desaparecen espontáneamente, y que serían fieles al llamado Principio de Indeterminación de Heisenberg, con el que se establece que nunca se puede conocer al mismo tiempo la posición y la velocidad de un electrón (partícula subatómica con carga negativa y sin apenas masa).

Un campo magnético intenso

El experimento consistió en generar un campo magnético intenso capaz de modificar el índice de refracción (cociente de la velocidad de la luz) en el vacío, de manera que el plano de polarización de la luz que lo cruza, gire. Para realizarlo, se utilizó un haz láser linealmente polarizado que se pasó a través de un área de vacío en el que había un campo magnético intenso, concretamente de cinco teslas (la tesla es la unidad de medición del flujo magnético). Lo que se descubrió, tras realizar 44.000 mediciones, es que se daba un cambio en el ángulo de polarización del haz de luz. Fue mínimo, pero es importante.

Los físicos italianos, liderados por Emilio Zavattini, han señalado que esta desviación en el vacío podría explicarse por la interacción de los fotones con una partícula del tipo de los axiones, que se supone tienen una masa casi inexistente.

El fenómeno constatado por el INFN, mediante el experimento conocido con las siglas PVLAS, podría explicar, asimismo, los efectos astrofísicos que suceden en los alrededores de ciertos objetos astronómicos muy compactos, como las estrellas de neutrones: el campo magnético de estos cuerpos podría desviar la luz de tal manera que se verían imágenes distintas de objetos distantes.

Ese efecto de lentilla, que provocaría el vacío, será visible y medible en 2020, cuando la estrella de neutrones o pulsar J037-3039 sufra un eclipse. Entonces, quizá pueda demostrarse a mayor escala la existencia de los axiones y, por tanto, la verificación a mayor escala del experimento de los físicos italianos.