Los agujeros de gusano son elementos básicos de ciencia ficción que pueden enviar viajeros a través de las galaxias sin tener que preocuparse por viajes de 1, 000 años o bloqueos cósmicos. Predecidos por la relatividad general, estos objetos siguen siendo solo teóricos, a menos que seas un imán.
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Un trío de científicos de la Universitat Autònoma de Barcelona ha construido un dispositivo que funciona como una especie de agujero de gusano para campos magnéticos. Si el dispositivo se coloca dentro de un campo magnético aplicado, es magnéticamente indetectable. Y si otro campo magnético viaja a través del agujero de gusano, parece que deja espacio por completo, solo aparece en cada extremo.
Este agujero de gusano magnético no teletransportará nada a otro sistema estelar, pero podría ofrecer un camino para construir máquinas de resonancia magnética (MRI) que no impliquen colocar a los pacientes en un tubo claustrofóbico.
Según la teoría, un agujero de gusano arruga la estructura del espacio-tiempo para que dos lugares distantes se conecten, y viajar a través del túnel no lleva tiempo. Los agujeros de gusano no están absolutamente prohibidos por la física, ya que aparecen en ciertas soluciones de las ecuaciones de relatividad de Einstein, pero hay un debate entre los físicos sobre si son posibles en nuestro universo. Al mismo tiempo, estudios anteriores mostraron que podría ser posible construir un agujero de gusano simplificado en el laboratorio que permitiría que las ondas electromagnéticas viajen a través de un túnel invisible.
Para hacer su modelo de agujero de gusano, el profesor de física Álvaro Sánchez y su equipo comenzaron con una esfera de 3, 2 pulgadas de cobre, itrio, oxígeno y carbono, una aleación común para superconductores comerciales. Lo rodearon con una capa de plástico y lo cubrieron con otra capa delgada de material ferromagnético.
"Lo rodeamos con una 'superficie meta' cuidadosamente diseñada para cancelar el campo", dice Sánchez.
La esfera en capas tenía un agujero y, a través de ella, los investigadores colocaron un tubo de metal enrollado que también estaba magnetizado, efectivamente, un imán dipolo delgado. El equipo activó un campo magnético y colocó todo el aparato dentro, usando nitrógeno líquido para enfriar la esfera y mantener la superconductividad de la aleación de metal.
Normalmente, las líneas de campo magnético que rodean un superconductor magnetizado se doblarán y se distorsionarán, a diferencia de la distorsión del espacio-tiempo causada por la gravedad intensa. Eso no sucedió. En cambio, el campo magnético circundante simplemente pasó justo al lado de la esfera como si no hubiera nada allí.
Una ilustración del agujero de gusano magnético y su sección transversal que muestra las capas internas. (Jordi Prat-Camps y Universitat Autònoma de Barcelona) El último paso fue probar el agujero de gusano. El cilindro magnetizado mostró dos polos hasta que fue enviado a la esfera. A medida que se movía a través del dispositivo, el campo del cilindro parecía desvanecerse, mostrándose solo en las bocas del agujero de gusano. Si bien el cilindro no viajaba más rápido que la luz, se movía sin perturbaciones y sin ser visto entre dos regiones del espacio, invocando la imagen de un agujero de gusano clásico.
Y cuando el cilindro emergió del otro extremo de la esfera, solo se podía ver el polo que sobresalía, creando la ilusión de un monopolo magnético, algo que realmente no existe en la naturaleza.
Matti Lassas, un matemático de la Universidad de Helsinki que estudió capas magnéticas, dice que a pesar de que este monopolo es una ilusión, aún podría ofrecer una idea de cómo podrían comportarse los monopolos teóricos. "Es una forma de engañar a las ecuaciones", dice.
Desde un punto de vista práctico, la demostración muestra que puede proteger los campos magnéticos para que no interfieran entre sí, dice Sánchez. Aquí es donde entra la aplicación para las máquinas de resonancia magnética.
El cuerpo humano es principalmente agua, que contiene átomos de hidrógeno hechos de partículas más pequeñas llamadas protones que giran en un eje. Normalmente estos giros están alineados al azar. Una resonancia magnética funciona generando un campo magnético fuerte, que hace que los protones se alineen como limaduras de hierro. Luego, la máquina emite pulsos de ondas de radio en el área a ser fotografiada, desalineando los protones. A medida que se vuelven a alinear con el campo magnético, los protones emiten ondas de radio y los tejidos del cuerpo "brillan" en esas longitudes de onda.
Para dirigir un campo magnético fuerte en el cuerpo, las máquinas de resonancia magnética actuales implican colocar al paciente dentro de una bobina magnética gigante enfriada a temperaturas criogénicas. Estas máquinas son básicamente tubos con forma de ataúd, que muchos pacientes encuentran apretados e inductores de ansiedad. En cambio, estirar la esfera en forma de alambre podría permitir dirigir un campo fuerte e ininterrumpido en cualquier parte del cuerpo que desee sin encerrar al paciente, dice Sánchez.
Además, el efecto de protección podría permitir a los ingenieros construir una resonancia magnética que use múltiples sensores, usando diferentes frecuencias de radio y mirando diferentes partes del cuerpo al mismo tiempo, sin interferencias. Las diversas frecuencias podrían usarse para obtener imágenes más claras de las partes del cuerpo que son más difíciles de ver cuando el paciente está acostado con los brazos a los lados.
Ser capaz de proteger los campos magnéticos, especialmente si se puede hacerlo en áreas pequeñas, también podría ayudar con las imágenes mientras se realizan cirugías, dice Lassas. Señala que, por lo general, debe eliminar cualquier metal de la vecindad de una resonancia magnética; ha habido casos de lesiones cuando objetos metálicos no asegurados salieron volando por la habitación. Más que eso, el metal interfiere con las imágenes.
"Traes algo pequeño y estropea la imagen", dice. "De modo que ahora si tienes este agujero de gusano magnético, tienes un tubo y puedes pasar las cosas sin alterar la imagen. Tal vez uno podría obtener una imagen y hacer una cirugía al mismo tiempo".
Sin embargo, estas aplicaciones están muy lejos, y algunos expertos en el campo aún son escépticos de que el dispositivo sea útil para algo más que el modelado teórico. "No dan muchos detalles de su diseño [de dispositivo], por lo que dudo un poco en respaldar sus conclusiones", dice Sir John Pendry, profesor de física en el Imperial College de Londres y codirector del Centro de Plasmónica y Metamateriales
"Dicho esto, es cierto que al manipular la permitividad y la permeabilidad, se pueden simular algunas distorsiones topológicas extraordinarias del espacio, al menos en lo que respecta a los campos electromagnéticos".
