Forskare vid University of Chicago (UChicago) har nyligen rapporterat en experimentell observation av ett ämnesfält med termiska fluktuationer som överensstämmer med Unruhs strålprognoser. Deras papper, publicerad i Naturfysik , kan öppna nya möjligheter för forskning som utforskar dynamiken i kvantsystem i en krökt rymdtid.

"Vårt team på UChicago har undersökt ett nytt kvantfenomen som heter Bose fyrverkerier som vi upptäckte för två år sedan, "Cheng Chin, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Vårt papper rapporterar sin dolda koppling till ett gravitationsfenomen som kallas Unruh -strålning."

Unruh -effekten, eller Unruh -strålning, är nära kopplad till Hawking -strålning. År 1974, teoretisk fysiker Stephen Hawking förutspådde att den starka gravitationskraften nära svarta hål leder till utsläpp av en termisk strålning av partiklar, som liknar värmeböljan från en ugn. Detta fenomen förblir spekulativt utan direkt experimentell bekräftelse.

Några år senare, 1976, fysikern William Unruh antog att en person kunde observera samma strålning när hon rör sig med en hög acceleration. Ekvivalensen mellan Hawking och Unruh -strålning är baserad på Einsteins ekvivalensprincip, vilket nu har bekräftats av många experiment.

Trots Unruhs förutsägelser, ingen har ännu observerat Unruh -strålning, vilket inte är förvånande, eftersom detta fenomen är särskilt svårt att fånga. Faktiskt, en person skulle behöva utstå en G-kraft på 25 miljarder miljarder (25*10 ¹⁸ ) för att se en svag strålning på 1 Kelvin. Detta är en häpnadsväckande siffra när man tänker på att, till exempel, G-styrkan som en stridsflygpilot upplever är högst 10.

"I vårt labb, vi simulerar Unruh-fysik genom att exakt modulera ett Bose-Einstein-kondensat med magnetfältet, "Sade Chin." Även genom vårt prov rör det sig inte, moduleringen har samma effekt som att öka provet till en accelererande referensram. Vi observerar strålning vid 2 mikro-Kelvin, och mätningen överensstämmer utmärkt med Unruhs förutsägelse och bekräftar strålningsfältets kvantitet. "

I deras experiment, Chin och hans kollegor förberedde 60, 000 cesiumatomer och kylde dem till cirka 10 nano-Kelvin, började sedan moduleringen av magnetfältet. Några millisekunder efter moduleringen, de observerade en termisk emission av atomer i alla riktningar. För att bekräfta den termiska fördelningen av atomer, forskarna samlade ett större antal prover och visade att atomnumret fluktuerar exakt enligt den termiska Boltzmann -fördelningen.

"Temperaturerna vi tog ut från bilderna stämmer utmärkt med Unruhs förutsägelse, "Chin sa." Förutom den termiska fördelningen, vi observerar också den rumsliga och tidsmässiga sammanhanget i materiavågemission. Koherensen är kännetecknet för kvantmekanik och avslöjar att Unruh -strålning kommer från kvantmekanik. Detta står i skarp kontrast till klassiska värmekällor, som en ugn eller solljus, som kommer från termisk jämvikt. "

Väsentligen, Chin och hans kollegor observerade ett materievågfält med hjälp av ett ramverk för kvantfysiksimuleringar i icke-tröghetsramar. De observerade att den här materiens vågs fluktuationer, såväl som långdistansfassammanhang och dess tidsmässiga koherens är i linje med Unruhs förutsägelser.

Studien som genomfördes av teamet vid UChicago finansierades av National Science Foundation, Army Research Office och Chicago MRSEC. I framtiden, deras observationer kan ha viktiga konsekvenser för studier av kvantfenomen i en krökt rymdtid.

"Vår metod gäller generiska kvanttillstånd i icke-tröghetsreferensramar. I vårt framtida arbete, vi vill identifiera nya kvantfenomen i krökta rumstider, "Sade Chin." Det har diskuterats mycket om Einsteins allmänna relativitet är förenlig med kvantmekanik. Det finns förslag, spekulationer och till och med paradox, och vi vill utföra experiment som kan hjälpa till att bättre förstå hur kvantmekanik fungerar under krökta rum. "

© 2019 Science X Network