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Un nuevo experimento de velocidad puede finalmente ofrecer una prueba indirecta de la predicción más famosa de las cavidades del famoso físico Stephen Hawking.
La nueva oferta sugiere empujarlo átomo Para hacerlos invisibles, los científicos podrían captar una pista etérea cuántico un resplandor que envuelve objetos que se mueven casi a la velocidad de la luz.
El efecto de brillo, llamado efecto Unruh (o Fulling-Davies-Unruh), hace que el espacio alrededor de los objetos que se mueven rápidamente parezca estar lleno de un aluvión de partículas virtuales que bañan esos objetos en un brillo cálido. Debido a que el efecto está estrechamente relacionado con el efecto Hawking, en el que las partículas virtuales conocidas como rayos de Hawking aparecen automáticamente en los bordes de las cavidades, los científicos han querido durante mucho tiempo ver uno como un indicio de la existencia del otro.
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Pero encontrar el efecto es increíblemente difícil. La radiación de Hawking ocurre solo alrededor del terrible abismo de la cavidad. Para lograr la aceleración requerida para el efecto Unruh, probablemente se requerirá distorsión. Ahora, un avance en un nuevo estudio publicado en la edición del 26 de abril de la revista Cartas de revisión física:, puede cambiar eso. Los autores dicen que han descubierto un mecanismo para aumentar drásticamente la fuerza del efecto Unruh a través de una técnica que puede revertirse de manera efectiva. caso: invisible.
«Al menos ahora sabemos que hay una oportunidad en nuestras vidas en la que podemos ver este impacto», dijo el coautor Vivisek Sudhir, asistente de ingeniería mecánica del MIT, un nuevo diseñador experimental. se dice en el anuncio. «Es una experiencia difícil, no hay garantía de que podamos hacerlo, pero esta idea es nuestra esperanza más cercana».
Propuesto por primera vez por científicos en la década de 1970, el efecto Unruh es una de las muchas predicciones que han surgido de la teoría cuántica de campos. Según esta teoría, no existe un vacío vacío. De hecho, cualquier bolsillo en el espacio está lleno de vibraciones de escala cuántica infinita que, si se les da suficiente energía, pueden estallar espontáneamente en pares de partículas y antipartículas que casi inmediatamente se destruyen entre sí. Y cualquier partícula, ya sea materia o luz, es simplemente la excitación localizada de este campo cuántico.
En 1974, Stephen Hawking predijo que la fuerza gravitacional extrema que se siente en los bordes de estas cavidades, los horizontes de sus eventos, también formaría partículas virtuales.
La gravedad, según la teoría general de Einstein relatividaddistorsiona tiempo espacialde modo que los campos cuánticos se desvían aún más a medida que se acercan a la atracción gravitacional masiva de la cavidad. unicidad. Debido a la incertidumbre y la extrañeza de la mecánica cuántica, esto distorsiona el campo cuántico, creando bolsas desiguales de diferentes tiempos de movimiento, más saltos de energía a través del campo. Es este desajuste de energía lo que obliga a las partículas virtuales a emerger de lo que parece ser nada en los bordes de las cavidades.
«Piensan que estos agujeros no son completamente así», dijo Barbara Shoda, PhD en Física de la Universidad de Waterloo, Canadá. se dice en el anuncio. «En cambio, como descubrió Stephen Hawking, estas cavidades deben emitir radiación».
Al igual que el efecto Hawking, el efecto Unruh también crea partículas virtuales a través de una extraña fusión de la mecánica cuántica a través de los efectos relativos predichos por Einstein. Pero esta vez, en lugar de las distorsiones causadas por la teoría general de la relatividad, provienen de velocidades cercanas a la luz, una teoría especial de la relatividad que dicta que el tiempo viaja más lento cuando un objeto se acerca a la velocidad de la luz.
Según la teoría cuántica, un átomo estacionario puede aumentar su energía solo esperando que un fotón real excite uno de sus objetos. electrones. Sin embargo, para un átomo que se mueve rápidamente, se pueden agregar fluctuaciones de campo cuántico para que parezcan fotones reales. En términos del átomo acelerado, se moverá a través de una masa de partículas de luz cálida, las cuales lo calentarán. Este calor será una señal del efecto Unru.
Pero las aceleraciones necesarias para crear el efecto son mucho mayores que la potencia de un acelerador de partículas existente. Un átomo debe acelerar a la velocidad de la luz en menos de una millonésima de segundo, detectando un cuatrillón de metros cuadrados de fuerza por metro cuadrado para producir la luz que los detectores actuales pueden detectar.
«Para ver este efecto en poco tiempo, debes tener una aceleración increíble», dijo Sudhir. «Si tuvieras una aceleración razonable, tendrías que esperar mucho tiempo, más que la edad. espacio «Para ver un impacto medible».
Para que el efecto sea factible, los investigadores han ideado una alternativa ingeniosa. Las oscilaciones cuánticas son intensificadas por los fotones, lo que significa que un átomo que se mueve a través del vacío mientras golpea bajo una luz láser de alta intensidad teóricamente podría producir el efecto Unru, incluso con aceleraciones relativamente pequeñas. El problema, sin embargo, es que el átomo también puede interactuar con la luz láser, absorbiéndola, elevando el nivel de energía del átomo, produciendo calor que sofocará el calor generado por el efecto Unru.
Sin embargo, los investigadores encontraron una solución. una técnica que llaman transparencia inducida por aceleración. Si un átomo tiene que viajar por un camino muy específico a través de un campo de fotones, el átomo no podrá «ver» fotones de cierta frecuencia, haciéndolos virtualmente invisibles para el átomo. Al combinar todas estas soluciones, el equipo podrá probar el efecto Unruh en esta frecuencia de luz particular.
Hacer realidad ese plan será una tarea difícil. Los científicos planean construir un acelerador de partículas del tamaño de un laboratorio que entregará un electrón a la velocidad de la luz mientras lo golpea con un microondas. Si pueden detectar el efecto, planean experimentar con él, especialmente experimentos que les permitan estudiar las posibles conexiones entre la teoría de la relatividad de Einstein y la mecánica cuántica.
«La teoría general de la relatividad y la teoría de la mecánica cuántica todavía son algo contradictorias, pero debe haber una teoría unificadora que describa cómo funcionan las cosas en el espacio», dijo Achim Kempf, profesor de matemáticas aplicadas. Universidad de Waterloo se dice en el anuncio. «Estábamos buscando una manera de combinar estas dos grandes teorías. Este trabajo nos ayuda a unirnos más, abriendo oportunidades para probar nuevas teorías contra la experimentación».
Publicado originalmente en Live Science.
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