Ein Team von Physikern sagt, dass sie es getan haben entdeckten zwei Eigenschaften der Beschleunigung von Materie, von denen sie glauben, dass sie eine nie zuvor gesehene Art von Strahlung sichtbar machen könnten. Die neu beschriebenen Eigenschaften bedeuten, dass die Beobachtung der Strahlung – der so genannte Unruh-Effekt – in einem Tischlaborexperiment stattfinden könnte.

Der Unruh-Effekt in der Natur würde theoretisch eine lächerliche Beschleunigung erfordern, um sichtbar zu werdenund weil es nur aus der Perspektive des beschleunigenden Objekts im Vakuum sichtbar ist, ist es im Wesentlichen unmöglich zu sehen. Aber dank der jüngsten Fortschritte könnte es möglich sein, den Unruh-Effekt in einem Laborexperiment zu beobachten.

In der neuen Forschung beschreibt ein Team von Wissenschaftlern zwei bisher unbekannte Aspekte des Quantenfelds, die bedeuten könnten, dass der Unruh-Effekt direkt beobachtet werden könnte. Erstens kann die Wirkung stimuliert werden, was bedeutet, dass die normalerweise schwache Wirkung dazu verleitet werden könnte, unter bestimmten Bedingungen sichtbarer zu werden. Das zweite Phänomen ist, dass ein ausreichend angeregtes beschleunigendes Atom transparent werden kann. Die Forschung des Teams war veröffentlicht in diesem Frühjahr in Physical Review Letters.

Der Unruh-Effekt (oder Fulling-Davies-Unruh-Effekt, so benannt nach den Physikern, die seine Existenz erstmals in den 1970er Jahren vorgeschlagen haben) ist ein Phänomen, das von der Quantenfeldtheorie vorhergesagt wird, die besagt, dass eine Entität (sei es ein Teilchen oder ein Raumschiff ), die in einem Vakuum beschleunigt, leuchtet – obwohl dieses Leuchten nichtnicht zu sehen seinble zu jeder externe Beobachter, der nicht auch im Vakuum beschleunigt.

„Beschleunigungsinduzierte Transparenz bedeutet, dass der Unruh-Effekt-Detektor aufgrund der Art seiner Bewegung für alltägliche Übergänge transparent wird“, sagte Barbara Šoda, Physikerin an der University of Waterloo und Hauptautorin der Studie, in einem Videoanruf mit Gizmodo. So wie Hawking-Strahlung von Schwarzen Löchern emittiert wird, wenn ihre Schwerkraft Partikel anzieht, wird der Unruh-Effekt von Objekten emittiert, wenn sie im Weltraum beschleunigen.

Es gibt ein paar Gründe, warum der Unruh-Effekt nie direkt beobachtet wurde. Zum einen erfordert der Effekt eine lächerliche lineare Beschleunigung, um aufzutreten; um eine Temperatur von 1 Kelvin zu erreichen, bei der der beschleunigende Beobachter ein Leuchten sehen würde, den Beobachter müsste beschleunigt werdenbei 100 Trillionen Meter pro Quadratsekunde. Das Leuchten des Unruh-Effekts ist thermisch; wenn ein Objekt schneller beschleunigt, die Temperatur des Glühens wird wärmer.

Bisherige Methoden zur Beobachtung des Unruh-Effekts wurden vorgeschlagen. Aber dieses Team glaubt, dass sie dank ihrer Ergebnisse eine überzeugende Chance haben, den Effekt zu beobachten über die Eigenschaften des Quantenfeldes.

„Wir möchten ein spezielles Experiment aufbauen, das den Unruh-Effekt eindeutig nachweisen kann, und später eine Plattform für die Untersuchung verschiedener damit verbundener Aspekte bieten“, sagte Vivishek Sudhir, Physiker am MIT und Co-Autor der jüngsten Arbeit. „Eindeutig ist hier das entscheidende Adjektiv: In einem Teilchenbeschleuniger werden wirklich Bündel von Teilchen beschleunigt, was bedeutet, dass es sehr schwierig wird, inmitten der verschiedenen Wechselwirkungen zwischen Teilchen in einem Bündel auf den äußerst subtilen Unruh-Effekt zu schließen.“

„In gewisser Weise“, schloss Sudhir, „müssen wir die Eigenschaften eines gut identifizierten einzelnen beschleunigten Teilchens genauer messen, wofür Teilchenbeschleuniger nicht gemacht sind.“

Die Essenz ihres vorgeschlagenen Experiments besteht darin, den Unruh-Effekt in einer Laborumgebung zu stimulieren, wobei ein Atom als Detektor für den Unruh-Effekt verwendet wird. Durch Bestrahlen eines einzelnen Atoms mit Photonen würde das Team das Teilchen in einen höheren Energiezustand heben, und seine beschleunigungsinduzierte Transparenz würde das Teilchen für alle alltäglichen Geräusche stummschalten, die das Vorhandensein des Unruh-Effekts verschleiern würden.

Indem Sie das Teilchen mit einem Laser anstoßen, „erhöhen Sie die Wahrscheinlichkeit, den Unruh-Effekt zu sehen, und die Wahrscheinlichkeit wird durch die Anzahl der Photonen erhöht, die Sie im Feld haben“, sagte Šoda. „Und diese Zahl kann enorm sein, je nachdem, wie stark Ihr Laser ist.“ Mit anderen Worten, weil die Forscher zuschlagen könnten ein Teilchen mit eine Billiarde pHotons erhöhen sie die Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Unruh-Effekts um 15 Größenordnungen.

Da der Unruh-Effekt in vielerlei Hinsicht der Hawking-Strahlung entspricht, glauben die Forscher, dass die beiden kürzlich beschriebenen Quantenfeldeigenschaften möglicherweise zur Stimulierung der Hawking-Strahlung verwendet werden könnten und die Existenz einer durch Schwerkraft induzierten Transparenz implizieren. Da Hawking-Strahlung noch nie beobachtet wurde, könnte das Entpacken des Unruh-Effekts ein Schritt in Richtung sein besseres Verständnis des theoretisierten Leuchtens um Schwarze Löcher.

Diese Ergebnisse sagen natürlich nicht viel aus, wenn der Unruh-Effekt nicht direkt im Labor beobachtet werden kann – der nächste Schritt der Forscher. Genau wann Ob das Experiment durchgeführt wird, bleibt abzuwarten.

Mehr: Schwarzes Loch im Labor zeigt, dass Stephen Hawking offensichtlich Recht hatte