Estoy revisando algunos vídeos de conferencias del Instituto de Física Teórica (CSIC + UAM) y me llamaron especialmente la atención los del ciclo Los límites de la Física Fundamental de hace unos años. Este en concreto tiene una conferencia del profesor Antonio González-Arroyo acerca del vacío en la física cuántica y en la cosmología. Son exposiciones largas y llenas de detalles. Por suerte para mi aunque requieren ciertos conocimientos sobre el tema tienen en general un tono bastante divulgativo, repasando en muchas ocasiones la historia, personajes y origen de cada asunto que se comenta.
Y es que definir el vacío no es tan simple como parece:
El vacío de la física moderna es un ente complejo que es sensible a todas las fuerzas de la naturaleza y contiene las respuestas a algunas de las preguntas mas difíciles de la física fundamental, desde el confinamiento de los quarks, el bosón de Higgs o la energía oscura del universo.
Una primera aproximación es definir el vacío como «lo que queda cuando eliminamos los átomos y moléculas», pero eliminar moléculas en la práctica para estudiar el vacío experimentalmente no es tan fácil: con las técnicas convencionales se consigue un vacío en el que «no hay nada» pero quedan por ahí unos 2 cuatrillones de moléculas por metro cúbico; con las más avanzadas técnicas se alcanza el llamado vacío ultra alto en el que «tan solo» quedan 1 billón de moléculas por m³. E incluso yéndonos al quinto pino y midiendo el vacío interestelar entre las galaxias, que es de lo más vacío que se conoce, se calcula que quedan unas 500.000 moléculas por m³.
Pero el problema no acaba ahí: además de las moléculas y átomos están las partículas elementales como los quarks y fotones. Una mejor definición de vacío sería entonces «lo que queda en el espacio cuando eliminamos las partículas elementales», pero suceden cosas como que la luz, los rayos cósmicos y los neutrinos atraviesan el vacío. De modo que inevitablemente hay fotones y neutrinos incluso en el vacío.
El ejemplo que pone es bastante clarificador: se ha calculado que en un recipiente totalmente oscuro y totalmente cerrado hay 400 billones de fotones e incluso en el más oscuro rincón del universo hay 400 millones de fotones por m³ en cualquier momento. El cálculo final para el número de partículas que hay de promedio en el Universo en su totalidad, tras todos los millones de años que han transcurrido desde el Big Bang, con su inflación y posterior expansión cósmica acelerada, es de unas 0,25 partículas elementales por m³.
La conclusión es que el espacio no está nada vacío.
– Antonio González-Arroyo
Esto es sólo lo que más me llamó la atención de la primera parte de la charla –la más sencilla– que prosigue explicando muchos conceptos de física cuántica relevantes para el asunto (como el campo, las interacciones, el papel de cada tipo de partículas elementales) y también las cuestiones que están todavía abiertas en física relativas a eso que tanto cuesta investigar a pesar de que coloquialmente lo confundamos con «nada»: el vacío y su correcta definición y entendimiento.
