GANADOR DE UNA DE LAS CÁTEDRAS DE INVESTIGACIÓN MARCOS MOSHINSKY 2023

Foto: Internet. Estudia propiedades cuánticas en sistemas basados en pulsos de luz y fibras ópticas.

Fuente: Cinvestav

David Bermúdez Rosales, adscrito al Departamento de Física del Centro de Investigación y Estudios Avanzados (Cinvestav), obtuvo una de las Cátedras de Investigación Marcos Moshinsky 2023. El proyecto se centra en diseñar y modelar diversos experimentos, incluyendo uno que pretende hacer la primera medición de la radiación de Hawking análoga estimulada con fotones individuales.

La propuesta se llevará a cabo durante dos años en colaboración con el Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM; así como con el Instituto Weizmann de Ciencias, en Israel.

Para poner en contexto el trabajo a realizar, el investigador explicó que, de acuerdo con la Teoría General de la Relatividad, planteada por Albert Einstein en 1915, de la muerte de una estrella puede resultar un agujero negro y, de este tipo de objetos nada escapa, ni la luz.

Sin embargo, en 1974 Stephen Hawking propuso que los agujeros negros emitían una pequeña cantidad de partículas, esto tras colocar un campo cuántico en un fondo gravitacional clásico del agujero negro planteado en la Teoría General de la Relatividad.

El efecto descrito, conocido como radiación de Hawking, es importante de ser estudiado al dar una pista de cómo se podrían unir los aspectos teóricos de la gravedad propuestos por Einstein, con los de la mecánica cuántica, algo que hasta ahora no se ha logrado.

“La radiación de Hawking o emisión de partículas por parte de un agujero negro es muy pequeña, por lo que intentar medirla directamente resulta complicado, en especial porque en el universo existe la radiación cósmica de fondo, la cual es alrededor de ocho órdenes de magnitud más grandes, lo que nos impide siquiera pensar en medir la radiación de Hawking astrofísica”.

Con la intención de tratar de comprobar este efecto experimentalmente, William G. Unruh, físico canadiense, propuso producir agujeros negros artificiales en el laboratorio; es decir, sistemas con las mismas características, matemáticamente hablando, que las de los existentes en el universo.

En el caso de la investigación realizada por el grupo de Bermúdez Rosales se estudian agujeros negros artificiales generados con fibras ópticas y pulsos de luz, esto para poder analizar la radiación de Hawking análoga, como se le llama cuando se estudia este efecto a escala de laboratorio.

Bajo el enfoque teórico y experimental existente para óptica cuántica y óptica no lineal, el grupo del investigador del Cinvestav está tratando de medir el efecto a nivel cuántico. Por ello uno de los experimentos planteados incluirá fotones individuales.

“Estamos uniendo la experiencia que tenemos con la del grupo de Alfred U’Ren, adscrito al Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM, ya que son expertos en generar fotones individuales, cruciales para nuestra propuesta; sin embargo, es necesario buscar las condiciones más adecuadas a fin de realizar los experimentos y Rodrigo Felipe Elizarrarás, uno de los estudiantes de doctorado de mi laboratorio, está trabajando en ello”.

Como parte del proyecto: “Radiación de Hawking análoga con fotones individuales”, el grupo del Cinvestav trabajará la parte teórica y las soluciones numéricas a fin de modelar los experimentos y posteriormente hacer las interpretaciones correspondientes. Raúl Agüero Santacruz, estudiante de doctorado del Cinvestav, está involucrado en este análisis.

En cuanto a las implicaciones del trabajo, al tratar de entender la radiación de Hawking análoga, daría la posibilidad de estudiar diversas propiedades cuánticas en espacios curvos, como el vacío cuántico y el enredamiento, los cuales no se pueden medir directamente en un agujero negro.

Lo anterior porque en el proceso de emisión de Hawking se generan dos partículas con propiedades de correlación más allá de las esperadas clásicamente, están descritas en un solo estado y aunque se encuentren separadas, cuando una sufre un cambio, la otra también se ve afectada, pero cuando son emitidas una de ellas se queda atrapada dentro del agujero negro.

Así, en los experimentos planteados en el proyecto se podría analizar el fenómeno de enredamiento cuántico, ya que a nivel de laboratorio las dos partículas terminan saliendo.