Los físicos buscan el tan esperado brillo cuántico

Para los fanáticos de Star Wars, las estrellas que se elevan desde la cabina del Halcón Milenario son una imagen canónica. Pero, ¿qué vería realmente un piloto si pudiera acelerar a través del vacío del espacio en un instante? Según el pronóstico, conocido como efecto Unruh, es más probable que vea un brillo cálido.

Desde su primera introducción en la década de 1970, el efecto Unruh ha evitado la detección, en gran parte porque la probabilidad de ver el efecto es extremadamente pequeña y requiere una aceleración tremenda o una gran cantidad de observación. Pero los investigadores del MIT և University of Waterloo creen que han encontrado una manera de aumentar significativamente la probabilidad de observar el efecto Unru, que detallan en un estudio. Cartas de revisión física:.

En lugar de observar espontáneamente el efecto, como otros han intentado en el pasado, el equipo ofrece impulsar ese fenómeno con una forma muy especial que mejora el efecto Unruh mientras suprime otros efectos de la competencia. Los investigadores comparan su idea con lanzar capa invisible otros fenómenos comunes, que luego deberían revelar el efecto mucho menos obvio de Unruh.

Si esto se puede hacer a través de la experiencia práctica, este enfoque recientemente promovido, con una capa adicional de invisibilidad (o «transparencia inducida por aceleración» como se describe en el artículo), podría aumentar significativamente la probabilidad de observar el efecto Unru. En lugar de esperar más que la edad del universo para que la partícula acelerada produzca un brillo cálido, como predice el efecto Unruh, el enfoque del equipo reducirá el tiempo de espera a varias horas.

«Al menos ahora sabemos que existe una posibilidad en nuestra vida en la que podemos ver este efecto», dijo el coautor del estudio Vivishek Sudhir, asistente de ingeniería mecánica del MIT que está diseñando un experimento para detectar este efecto basado en el efecto. . teoría de grupos. «Es una experiencia difícil, no hay garantía de que podamos hacerlo, pero esta idea es nuestra esperanza más cercana».

El estudio fue coautor de Barbara Shodan y Achim Kempf de la Universidad de Waterloo.

Cerrar la conexión

El efecto Unrou también se conoce como efecto Fulling-Davis-Unru, propuesto originalmente por tres físicos. La predicción dice que un cuerpo que acelera a través del vacío debería sentir la presencia de radiación cálida puramente como un efecto de aceleración en el cuerpo. Este efecto se debe a las interacciones cuánticas del material acelerado և en el vacío del espacio vacío.

Para producir un resplandor suficientemente caliente para detectar detectores, un cuerpo como un átomo debe acelerar hasta Velocidad de la luz en menos de una millonésima de segundo. Tal aceleración es equivalente a una fuerza de g por metro cuadrado por segundo cuadrado (un piloto de combate normalmente siente una fuerza de g por metro cuadrado a 10 metros por segundo).

«Para ver este efecto en poco tiempo, debes tener una aceleración increíble», dice Sudhir. «Si tuvieras una aceleración razonable, tendrías que esperar una gran cantidad de tiempo, más que la edad del universo, para ver un efecto medible».

En ese caso, ¿cuál será el significado? Primero, dice, observar el efecto Unru sería una validación de las interacciones cuánticas fundamentales entre la materia y la luz. Y por el otro, el descubrimiento podría ser un espejo del efecto Hawking. La sugerencia del físico Stephen Hawking, quien predice un brillo térmico similar o «radiación de Hawking» de la interacción de la luz y el material en un campo gravitacional extremo, por ejemplo, alrededor. Calabozo.

«Existe una estrecha conexión entre el efecto Hawking y el efecto Unru». «Son efectos complementarios», dijo Sudhir, quien agregó que si uno fuera a mirar el efecto Unruh, «habría que mirar un mecanismo que es el siguiente: es común a ambos efectos.”

trayectoria transparente

Se predice que el efecto Unruh ocurrirá automáticamente en el vacío. De acuerdo a: Teoría cuántica de camposEl vacío no es solo un espacio vacío, sino un campo inquieto fluctuaciones cuánticascon cada banda de frecuencia mide aproximadamente la mitad del tamaño de un fotón. Unru predijo que un cuerpo que acelera el vacío amplificaría estas oscilaciones para producir un cálido brillo térmico de partículas.

En su estudio, los investigadores introdujeron un nuevo enfoque para aumentar la probabilidad del efecto Unruh al agregar luz a todo el escenario, conocido como estimulación.

«Cuando agregas fotones a un campo, agregas ‘n’ veces esas fluctuaciones más que este medio fotón en el vacío», explica Sudhir. «Entonces, si acelera a través de este nuevo estado del campo, debe esperar ver efectos que también miden n veces lo que solo vería desde el vacío».

Sin embargo, además del efecto Unruh cuántico, los fotones adicionales mejorarán otros efectos. en un aspirador– El principal inconveniente que mantuvo a los otros cazadores de efectos Unruh del enfoque de promoción.

Shodan, Sudhir և Kempf, sin embargo, encontraron una solución a través de la «transparencia de aceleración», un concepto que presentan en el documento. Demostraron teóricamente que si un objeto como un átomo pudiera acelerar a través de un campo de fotones en una trayectoria muy específica, el átomo interactuaría con el campo de tal manera que los fotones de cierta frecuencia serían virtualmente invisibles. átomo.

«Cuando estimulamos el efecto Unruh, estimulamos los efectos normales o resonantes al mismo tiempo, pero mostramos que al diseñar la trayectoria de las partículas, podemos compensar significativamente esos efectos», dice Shoda.

Al hacer que todos los demás efectos sean transparentes, los investigadores pueden tener una mejor oportunidad de medirlo. fotoneso solo la radiación térmica del efecto Unru, como predijeron los físicos.

Los investigadores ya tienen algunas ideas sobre cómo diseñar un experimento basado en su hipótesis. Planean construir un acelerador de partículas del tamaño de un laboratorio que pueda acelerar electrones a la velocidad de la luz, que luego emitirán en un rayo láser de longitud de onda de microondas. Están buscando formas de diseñar la ruta de los electrones para suprimir los efectos clásicos y mejorar el escurridizo efecto Unruh.

«Ahora tenemos este mecanismo que parece estar amplificando estadísticamente este impacto a través del estímulo», dice Sudhir. «Dados los 40 años de historia de este problema, ahora teóricamente hemos solucionado el mayor obstáculo».