Физики предлагают новый метод наблюдения гипотетического эффекта Унру
Эффект Унру был описан Стивеном Фуллингом в 1973 году, Полом Дэвисом в 1975 году и Уильямом (Биллом) Унру в 1976 году. Иногда его называют эффектом Фуллинга-Дэвиса-Унру. Он предполагает, что если вы летите через квантовый вакуум с экстремальным ускорением, вакуума больше не будет. То есть, ускоряющийся наблюдатель увидит фон излучения вокруг себя, даже если не ускоряющийся наблюдатель не видит ничего.
До сих пор не удавалось измерить или наблюдать этот эффект, но теперь физики говорят, что вместо изучения пустого пространства, в котором частицы внезапно становятся видимыми при ускорении, они могут создать конденсат Бозе-Эйнштейна (БЭК), в котором звуковые частицы или фононы становятся слышимыми ускоренным наблюдателем в безмолвном фононном вакууме; звук не создается детектором, скорее он слышит то, что есть, просто из-за ускорения.
«Наблюдать эффект Унру напрямую, как описал его Уильям Унру, который является соавтором данного исследования, для нас сегодня совершенно невозможно», — сказал соавтор работы доктор Себастьян Эрн, исследователь из Школы математических наук в Ноттингемском университете.
«Вам понадобится измерительное устройство, ускоряющееся почти до скорости света за микросекунду, чтобы увидеть даже крошечный эффект Унру — мы не можем этого сделать. Однако есть еще один способ узнать об этом странном эффекте: использовать так называемые квантовые симуляторы».
«Многие законы квантовой физики универсальны», — сказал соавтор работы Йорг Шмидмайер, исследователь из Венского центра квантовой науки и технологий в Венском техническом университете.
«Можно показать, что они возникают в самых разных системах. Одни и те же формулы можно использовать для объяснения совершенно разных квантовых систем. Это означает, что вы можете узнать что-то важное о конкретной квантовой системе, изучая другую квантовую систему».
«Моделирование одной системы с помощью другой было особенно полезно для понимания черных дыр, поскольку настоящие черные дыры фактически недоступны. Напротив, аналоговые черные дыры можно легко создать прямо здесь, в лаборатории».
Это также верно и для эффекта Унру: если исходная версия не может быть продемонстрирована по практическим причинам, тогда может быть создана и исследована другая квантовая система, чтобы увидеть там эффект.
Подобно тому, как частица представляет собой «возмущение» в пустом пространстве, в холодном конденсате Бозе-Эйнштейна есть возмущения — небольшие неровности (звуковые волны), которые распространяются волнами. И эти неровности следует обнаруживать с помощью специальных лазерных лучей.
Используя специальные приемы, измерение минимально искажает конденсат Бозе-Эйнштейна, несмотря на взаимодействие с лазерным светом.
«Если вы перемещаете лазерный луч, так что точка освещения перемещается над конденсатом Бозе-Эйнштейна, это соответствует движению наблюдателя через пустое пространство», — говорят ученые.
«Если вы направите лазерный луч в ускоренном движении над атомным облаком, то вы сможете обнаружить возмущения, которые не наблюдаются в стационарном случае — точно так же, как ускоренный наблюдатель в вакууме будет воспринимать излучение, которого нет для стационарного наблюдателя».
Эффективная скорость света в исследовании снижена на 12 порядков до скорости звука в БЭК. Для детекторов, движущихся со скоростью, близкой к скорости звука, наблюдение эффекта Унру в аналоговой системе становится экспериментально возможным.
«До сих пор эффект Унру был абстрактной идеей», — говорят исследователи.
«Многие оставили надежду на экспериментальную проверку. Возможность включения детектора частиц в квантовое моделирование даст нам новое понимание теоретических моделей, которые иначе экспериментально недоступны».
Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.