Эффект Унру: найден способ вызывать аномальное излучение без достижения сверхвысоких скоростей

Физики придумали весьма элегантный способ изучить один из самых загадочных феноменов современной науки, не прибегая к экстремальным мерам.

Каждый раз, когда вы делаете шаг, само пространство излучает неяркий свет. Названное эффектом Фуллинга-Дэвиса-Унру (или иногда просто эффектом Унру), это жуткое свечение излучения, выходящего из вакуума, сродни таинственному излучению Хокинга, которое, как считается, окружает черные дыры. В отличие от излучения Хокинга, в данном случае это произведение ускорения, а не силы тяжести.

На то есть веская причина. Вам нужно двигаться с невероятной скоростью, чтобы ощутить даже самый слабый из лучей Унру.

На данный момент эффект остается чисто теоретическим явлением, которое мы не в состоянии измерить. Но это может вскоре измениться после открытия исследователей из Университета Ватерлоо в Канаде и Массачусетского технологического института (MIT). Вернувшись к основам, они продемонстрировали, что можно стимулировать эффект Унру, чтобы его можно было изучать непосредственно в менее экстремальных условиях.

Однако настоящим призом было бы открытие новых горизонтов в экспериментах, направленных на объединение двух мощных, но несовместимых теорий в физике — одной, описывающей поведение частиц, и другой, касающейся искривления пространства и времени.

Конфликт общей теории относительности и квантовой механики

«Общая теория относительности и теория квантовой механики в настоящее время все еще несколько расходятся, но должна существовать объединяющая теория, описывающая, как все работает во Вселенной», — пояснил математик Ахим Кемпф из Университета Ватерлоо. — «Мы искали способ объединить эти две большие теории, и эта работа помогает нам сблизиться, открывая возможности для проверки новых теорий на основе экспериментов».

Эффект Унру находится прямо на границе квантовых законов и общей теории относительности. Согласно квантовой физике, атом, находящийся в полном одиночестве в вакууме, должен был бы ждать, пока входящий фотон пройдет через электромагнитное поле и заставит его электроны покачиваться, прежде чем такой атом будет считаться освещенным.

Однако есть способ обмануть это правило. Просто ускоряясь, атом может испытать мельчайшие колебания в окружающем электромагнитном поле в виде низкоэнергетических фотонов, преобразованных своего рода эффектом Доплера.

Это взаимодействие между относительным опытом волн в квантовом поле и колебанием электронов атома зависит от общего времени их частот. Любые квантовые эффекты, которые не зависят от времени, обычно игнорируются, учитывая, что на бумаге они, как правило, уравновешиваются в долгосрочной перспективе.

Лабораторные испытания

Вместе с коллегами Вивишеком Судхиром и Барбарой Сода Кемпф показал, что при ускорении атома эти обычно незначительные условия становятся гораздо более значительными и могут фактически стать доминирующими эффектами. Стимулируя атом правильным образом, например, с помощью мощного лазера, они показали, что можно использовать подобные альтернативные взаимодействия, чтобы заставить движущиеся атомы испытать эффект Унру без необходимости больших ускорений.

В качестве бонуса команда также обнаружила, что при правильной траектории ускоряющийся атом может стать прозрачным для падающего света, эффективно подавляя его способность поглощать или излучать определенные фотоны.

Помимо научно-фантастических приложений, определяя способы влияния на способность ускоряющегося атома взаимодействовать с рябью в вакууме, возможно, мы сможем придумать новые способы найти, где квантовая физика и общая теория относительности уступают место новой теоретической основе. «Более 40 лет экспериментам мешала невозможность исследовать взаимодействие квантовой механики и гравитации», — отмечает Судхир, физик из Массачусетского технологического института. По его словам, теперь у ученых есть жизнеспособная возможность исследовать явления из этой области науки в лабораторных условиях, и в будущем это может привести к нескольким прорывным открытиям.

Источник: vk.com

Комментарии: