Separando experimentalmente las fluctuaciones del vacío de la radiación fuente

Una energía misteriosa en el espacio vacío

El espacio vacío no está realmente vacío. Según la física cuántica, bulle con diminutos campos eléctricos y magnéticos siempre cambiantes conocidos como fluctuaciones del vacío. Estos vibraciones ocultas ayudan a explicar efectos sutiles en átomos y en la luz, pero hasta ahora estaban irremediablemente entrelazadas con la radiación ordinaria que procede de partículas reales y fuentes luminosas. Este artículo presenta el primer experimento que separa claramente estos dos ingredientes del mundo cuántico, convirtiendo un experimento mental de larga data en una realidad de sobremesa.

Convertir un experimento mental en una prueba real

Hace casi un siglo, el físico Enrico Fermi imaginó dos átomos repentinamente autorizados a interactuar con el campo electromagnético del espacio vacío. Con el paso del tiempo, los átomos se correlacionaban de dos maneras: aprovechando las fluctuaciones del vacío siempre presentes y mediante el intercambio de un fotón real de luz entre ellos, conocido como radiación fuente. La teoría decía que ambos procesos importaban, pero separarlos se consideraba imposible. El nuevo trabajo reemplaza los átomos de Fermi por dos pulsos láser ultracortos y los deja jugar la misma partida dentro de un cristal especial que responde a los campos eléctricos. Esta versión totalmente óptica permite encender y apagar la interacción con una sincronización exquisita mientras los pulsos entran y salen del material.

Usar pulsos de luz como sondas cuánticas

En el experimento, dos pulsos láser en el infrarrojo cercano viajan lado a lado a través de un cristal de telururo de zinc enfriado a sólo unos grados por encima del cero absoluto para eliminar la radiación térmica ordinaria. A medida que cada pulso pasa, se acopla brevemente a modos del campo electromagnético en frecuencias mucho más bajas, terahercios, mediante un efecto óptico no lineal. Esto cambia la polarización de los pulsos —la dirección en que vibran sus campos eléctricos— en una cantidad minúscula. Detectores altamente sensibles registran luego estos cambios de polarización para cada pulso, permitiendo a los investigadores buscar correlaciones entre ellos que revelen la influencia del vacío y de la radiación fuente.

Separando dos tipos de ruido cuántico

El truco clave es que las fluctuaciones del vacío y la radiación fuente perturban diferentes “cuadraturas” del campo de luz, aproximadamente análogas a empujar un columpio en un cuarto de periodo frente a hacerlo en fase. Al colocar diferentes placas de onda frente a cada detector, el equipo puede escoger qué cuadratura de cada pulso observar. Cuando ambos brazos de detección están sintonizados a la misma cuadratura fuera de fase, captan correlaciones que aparecen instantáneamente cuando los dos pulsos se solapan en el tiempo, revelando la huella de las fluctuaciones del vacío compartidas por ambos. Cuando un detector se ajusta en fase y el otro fuera de fase, aparece una nueva correlación retardada: un pulso primero excita la radiación fuente, que luego se propaga por el cristal y es recogida por el segundo pulso sólo tras un tiempo de viaje de la luz. Este patrón temporal asimétrico codifica el carácter causal y “a posteriori” de la radiación fuente.

Comprobando una regla cuántica fundamental

Al estudiar estas correlaciones no sólo en el tiempo sino también en función de la frecuencia, los autores muestran que las dos señales están vinculadas exactamente como predice la versión cuántica del teorema de fluctuación–disipación, un principio profundo que conecta el ruido aleatorio con la respuesta de un sistema. La señal inducida por el vacío y la señal de la radiación fuente se alinean como las partes real e imaginaria de una onda compleja, desplazadas por un cuarto de ciclo. A pesar de pequeños desplazamientos debidos a detalles prácticos como la separación exacta entre los haces en el cristal, las medidas coinciden estrechamente con cálculos teóricos detallados, confirmando que las dos contribuciones son físicamente significativas y no meros artefactos de la contabilidad matemática.

Por qué esto importa para las futuras tecnologías cuánticas

Poder medir por separado las fluctuaciones del vacío y la radiación fuente hace más que zanjar un debate conceptual. Abre una nueva ventana hacia campos cuánticos en “espaciotiempos” dependientes del tiempo e incluso curvados, diseñados en el laboratorio. Dado que el método puede, en principio, detectar correlaciones de un solo fotón teraherzio incluso frente a un fondo cálido, podría ayudar a investigar efectos exóticos como el efecto Casimir dinámico, en el que fronteras móviles crean luz a partir del vacío, o la “cosecha de entrelazamiento”, donde detectores separados extraen conexiones cuánticas del espacio vacío. En términos cotidianos, el estudio muestra que ahora no solo podemos percibir la actividad incesante del vacío, sino también observar cómo se convierte paso a paso en radiación real.

Cita: Herter, A., Lindel, F., Gabriel, L. et al. Experimentally separating vacuum fluctuations from source radiation. Nat Commun 17, 2863 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69142-4

Palabras clave: vacío cuántico, muestreo electro-óptico, radiación teraherz, fluctuaciones del vacío, correlaciones cuánticas