Proporciona una corriente eléctrica superior a la permitida por la física cuántica de la materia condensada

El grafeno puede utilizarse para imitar la producción de partículas y antipartículas que se produce en el vacío que rodea a las estrellas de neutrones. Genera electrones supralumínicos que proporcionan una corriente eléctrica superior a la permitida por la física cuántica de la materia condensada.

Investigadores de la Universidad de Manchester han logrado generar pares de partículas y antipartículas a partir del vacío, al recrear en el grafeno la misma fuerza cósmica presente en las estrellas de neutrones.

Aunque se considera vacío, en realidad el espacio está lleno de partículas elementales que se obtienen por los campos eléctricos o magnéticos que lo atraviesan.

Para poder generar partículas, esos campos de fuerza que atraviesan el vacío poseen intensidades cósmicas, como los campos que se crean alrededor de las estrellas de neutrones o los que surgen temporalmente durante colisiones de partículas.

Físicos de todo el mundo llevan años intentando probar estas predicciones teóricas y están previstos diversos experimentos con los colisionadores de partículas para comprobar que los procesos cósmicos para la creación de materia se producen espontáneamente en el vacío.

Grafeno potente

Lo que ha hecho la nueva investigación, dirigida por el premio nobel de Física en el año 2000 Andre Geim, es utilizar grafeno para imitar la producción de pares de electrones y positrones que se produce en el vacío. Los resultados se han publicado en la revista Science.

El equipo de investigadores, formado también por científicos del Reino Unido, España (Instituto de Ciencias Fotónicas de Casteldefels), Estados Unidos y Japón, se valió de unos dispositivos de grafeno para conseguir campos eléctricos excepcionalmente fuertes a partir de una configuración sencilla.

Los investigadores pudieron observar claramente la producción espontánea de pares de electrones y huecos (los huecos son un análogo de estado sólido de los positrones) y comprobaron que los detalles del proceso coinciden perfectamente con las predicciones teóricas de la formación de partículas en el vacío.

Otra sorpresa

Los científicos también observaron otro proceso inusual de alta energía que hasta ahora no tiene analogías con la física de partículas y la astrofísica.

Llenaron su vacío simulado con electrones y los aceleraron a la velocidad máxima permitida por el vacío del grafeno, que es 1/300 de la velocidad de la luz.

En este punto, sucedió algo aparentemente imposible: los electrones parecían volverse supralumínicos, 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. La descripción teórica de este proceso, proporcionada por el equipo de investigación, es bastante diferente de la conocida hasta ahora para el espacio vacío.

Al límite

“La gente suele estudiar las propiedades electrónicas utilizando campos eléctricos diminutos que permiten un análisis y una descripción teórica más sencillos. Decidimos impulsar la fuerza de los campos eléctricos tanto como fuera posible utilizando diferentes trucos experimentales para no quemar nuestros dispositivos”, explica el primer autor del artículo, el Dr. Alexey Berduygin, en un comunicado.

El coautor principal, el Dr. Na Xin, añade: “Simplemente nos preguntamos qué podría pasar en este extremo. Para nuestra sorpresa, surgió el efecto Schwinger”.

El efecto Schwinger es un fenómeno físico según el cual la materia es creada por un fuerte campo eléctrico. Es una predicción de la electrodinámica cuántica (QED).

Allende la superconductividad

El Dr. Roshan Krishna Kumar, otro colaborador destacado, dijo: “Cuando vimos por primera vez las características espectaculares de nuestros dispositivos, descubrimos que el desconcertante comportamiento (de los electrones supralumínicos) no era la superconductividad, sino algo que se sitúa entre el dominio de la astrofísica y el de la física de partículas. Es curioso ver tantos paralelismos entre disciplinas distantes”.

Los resultados de esta investigación también son importantes para el desarrollo de futuros dispositivos electrónicos basados ​​en materiales cuánticos bidimensionales, y establece límites en el cableado hecho de grafeno, que ya era conocido por su notable capacidad para soportar corrientes eléctricas ultra altas, destacan los investigadores.

Fuente: Tendencias21