Физики отправляются на поиски долгожданного квантового свечения

С 1970-х годов, когда он был впервые предложен, эффект Унру ускользал от обнаружения, главным образом потому, что вероятность увидеть эффект бесконечно мала, что требует либо огромных ускорений, либо огромного количества времени наблюдения. Но исследователи из Массачусетского технологического института и Университета Ватерлоо считают, что нашли способ значительно увеличить вероятность наблюдения эффекта Унру, который они подробно описали в своем исследовании.

Вместо того, чтобы наблюдать эффект спонтанно, как пытались другие в прошлом, команда предлагает стимулировать явление особым образом, который усиливает эффект Унру и подавляет другие конкурирующие эффекты. Исследователи сравнивают свою идею с набрасыванием плаща- невидимки на другие обычные явления, которые затем должны выявить гораздо менее очевидный эффект Унру.

Если это можно реализовать в практическом эксперименте, этот новый стимулированный подход с добавленным слоем невидимости (или «прозрачности, вызванной ускорением», как описано в работе) мог бы значительно увеличить вероятность наблюдения эффекта Унру. Вместо того, чтобы ждать дольше, чем возраст Вселенной, пока ускоряющаяся частица производит теплое свечение, как предсказывает эффект Унру, подход команды сократит время ожидания до нескольких часов.

«Теперь, по крайней мере, мы знаем, что в нашей жизни есть шанс увидеть этот эффект», — говорит соавтор исследования Вивишек Судхир, доцент кафедры машиностроения в Массачусетском технологическом институте, который разрабатывает эксперимент для обнаружения эффекта на основе групповой теории. «Это сложный эксперимент, и нет никакой гарантии, что мы сможем его провести, но эта идея — наша ближайшая надежда».

Соавторами исследования также являются Барбара Шода и Ахим Кемпф из Университета Ватерлоо.

Эффект Унру также известен как эффект Фуллинга-Дэвиса-Унру, в честь трех физиков, которые первоначально предложили его. Теория гласит, что тело, ускоряющееся в вакууме, на самом деле должно ощущать присутствие теплого излучения исключительно в результате ускорения тела. Этот эффект связан с квантовыми взаимодействиями между ускоренной материей и квантовыми флуктуациями в вакууме пустого пространства.

Чтобы произвести свечение, достаточно теплое для детекторов, такое тело, как атом, должно разогнаться до скорости света менее чем за миллионную долю секунды. Такое ускорение будет эквивалентно перегрузке в квадриллион метров в секунду в квадрате (летчик-истребитель обычно испытывает перегрузку в 10 метров в секунду в квадрате).

«Чтобы увидеть этот эффект за короткий промежуток времени, вам нужно невероятное ускорение», — говорит Судхир. «Если бы вместо этого у вас было какое-то разумное ускорение, вам пришлось бы ждать огромное количество времени — больше, чем возраст Вселенной, — чтобы увидеть измеримый эффект».

В чем тогда смысл? Во-первых, он говорит, что наблюдение за эффектом Унру будет подтверждением фундаментальных квантовых взаимодействий между материей и светом. А с другой стороны, обнаружение может представлять собой зеркало эффекта Хокинга — предложение физика Стивена Хокинга, которое предсказывает подобное тепловое свечение, или «излучение Хокинга», от взаимодействия света и вещества в экстремальном гравитационном поле, например, вокруг черных дыр, пишет phys.org.

«Существует тесная связь между эффектом Хокинга и эффектом Унру — они в точности дополняют друг друга», — говорит Судхир, добавляя, что если бы кто-то наблюдал эффект Унру, «был бы обнаружен механизм, который является общим для обоих эффектов».