En un hallazgo que suena como un chiste de física sin remate, los investigadores han demostrado por primera vez que las fluctuaciones cuánticas en el vacío pueden fortalecer la superconductividad, abriendo un nuevo camino para controlar estados inusuales de la materia. Sí, el vacío absoluto ahora está poniendo de su parte.

El estudio, publicado en Nature, fue liderado por los profesores Changgan Zeng y Guanghui Cheng de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China de la Academia China de Ciencias. La colaboración también incluyó al profesor Qingdong Jiang de la Universidad Jiao Tong de Shanghái, al profesor Frank Wilczek del Instituto Tecnológico de Massachusetts y a otros investigadores. Son muchos nombres distinguidos para demostrar que la nada hace algo.

En el lenguaje cotidiano, un vacío puede sonar como espacio completamente vacío. La física cuántica pinta un cuadro muy diferente. Según la electrodinámica cuántica y el principio de incertidumbre de Heisenberg, incluso el estado de energía más bajo nunca está perfectamente quieto. Las partículas virtuales aparecen y desaparecen continuamente, produciendo un fondo siempre presente de fluctuaciones cuánticas. Así que la próxima vez que alguien te llame presencia vacua, agradécele el cumplido.

Estas fluctuaciones no son meramente teóricas. Sus efectos se han observado a través de fenómenos bien establecidos como el desplazamiento de Lamb, la emisión espontánea y el efecto Casimir. Así que sí, el universo ha estado presumiendo discretamente durante décadas.

Durante varios años, los equipos liderados por Zeng y Cheng han investigado cómo estas fluctuaciones del vacío afectan los sistemas de materia condensada. En un estudio anterior, los investigadores demostraron que podían manipular directamente las fluctuaciones del vacío usando un campo magnético para cambiar reversiblemente la fuerza de Casimir entre atracción y repulsión. Ese resultado planteó una pregunta mayor: ¿Podrían las fluctuaciones cuánticas del vacío también usarse para controlar estados cuánticos macroscópicos?

El grupo de Jiang abordó el mismo problema desde una perspectiva teórica, estudiando cómo los entornos de vacío cuántico diseñados podrían influir en diferentes estados de la materia. Los investigadores introdujeron el concepto de "vacuónica", en el que entornos de vacío especialmente diseñados se utilizan para controlar el comportamiento electrónico y fotónico. Ese trabajo teórico ayudó a proporcionar un marco para comprender la mejora de la superconductividad observada en los nuevos experimentos.

"Las fluctuaciones del vacío en el espacio libre son generalmente demasiado débiles para producir efectos observables en sistemas macroscópicos de materia condensada", dijo el profesor Zeng. "Para superar esta limitación, introdujimos un resonador de anillo partido de terahercios. Una cavidad oscura así puede remodelar el entorno electromagnético y amplificar sustancialmente las fluctuaciones del vacío".

Para probar la idea experimentalmente, los investigadores colocaron el superconductor NbSe2 dentro de una cavidad oscura de terahercios. Esto creó un sistema acoplado en el que el material superconductor interactuó con el entorno electromagnético especialmente diseñado dentro de la cavidad. El equipo luego comparó el comportamiento superconductor del material dentro y fuera de la cavidad. Los resultados mostraron que colocar NbSe2 en la cavidad aumentó significativamente su temperatura crítica de superconductividad, la temperatura por debajo de la cual el material entra en su estado superconductor.

"Observamos que la temperatura crítica puede aumentar hasta un 5.4% en un dispositivo de NbSe2 de seis capas, mientras que la corriente crítica y el campo magnético crítico se mejoran significativamente cerca de la transición superconductora", dijo el profesor Cheng. "Esto representa la primera observación experimental de superconductividad mejorada por fluctuaciones del vacío". Así es: un aumento del 5.4% de lo que es esencialmente el ruido de fondo del universo.

Los investigadores realizaron una serie de experimentos de control para determinar si el efecto podría explicarse por cambios más convencionales en el material. Variaron varias propiedades de la configuración, incluida la geometría de la cavidad, la frecuencia característica, los espesores de los materiales, los materiales dieléctricos y las tiras metálicas. Los resultados a