Forskare har, för första gången, identifierat de tillräckliga och nödvändiga förutsättningar som lågenergigränsen för kvantegravitationsteorier måste uppfylla för att bevara huvuddragen i Unruh-effekten.

I en ny studie, ledd av forskare från SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, Complutense University of Madrid och University of Waterloo, en solid teoretisk ram tillhandahålls för att diskutera modifieringar av Unruh-effekten som orsakas av rymdtidens mikrostruktur.

Unruh -effekten, uppkallad efter den kanadensiska fysikern som teoretiserade det 1976, är förutsägelsen att någon som har framdrivning och därmed accelererar skulle observera fotoner och andra partiklar i ett till synes tomt utrymme medan en annan person som är tröghet skulle se ett vakuum i samma område.

"Tröghets- och accelererade observatörer är inte överens om innebörden av" tomt utrymme, säger Raúl Carballo-Rubio, en postdoktor vid SISSA, Italien. "Vad en tröghetsobservatör som bär en partikeldetektor identifierar som ett vakuum upplevs inte som sådan av en observatör som accelererar genom samma vakuum. Den accelererade detektorn kommer att hitta partiklar i termisk jämvikt, som en varm gas. "

"Förutsägelsen är att den registrerade temperaturen måste stå i proportion till accelerationen. Å andra sidan, det är rimligt att förvänta sig att mikrostrukturen i rymdtid eller, mer allmänt, någon ny fysik som ändrar strukturen för kvantfältteorin på korta avstånd, skulle orsaka avvikelser från denna lag. Medan förmodligen någon skulle hålla med om att dessa avvikelser måste vara närvarande, det finns ingen enighet om huruvida dessa avvikelser skulle vara stora eller små i en given teoretisk ram. Det här är just frågan som vi ville förstå. "

"Det vi har gjort är att analysera förutsättningarna för att få Unruh -effekt och fann att i motsats till en utbredd tro på en stor del av samhällets termiska svar för partikeldetektorer kan ske utan ett termiskt tillstånd, "sa Eduardo Martin-Martinez, en biträdande professor vid Waterloos institution för tillämpad matematik. "Våra resultat är viktiga eftersom Unruh -effekten ligger i gränsen mellan kvantfältsteori och allmän relativitet, vilket är vad vi vet, och kvantgravitation, som vi ännu inte ska förstå. "

"Så, om någon vill utveckla en teori om vad som händer utöver vad vi vet om kvantfältsteori och relativitet, de måste garantera att de uppfyller de villkor vi identifierar i deras låga energigränser. "

Forskarna analyserade den matematiska strukturen för korrelationerna mellan ett kvantfält i ramar utöver standardkvantefältteori. Denna analys användes sedan för att identifiera de tre nödvändiga förutsättningarna som är tillräckliga för att bevara Unruh -effekten. Dessa villkor kan användas för att bestämma lågenergiprognoser för kvantegravitationsteorier och resultaten av denna forskning ger de verktyg som är nödvändiga för att göra dessa förutsägelser i ett brett spektrum av situationer.

Efter att ha kunnat avgöra hur Unruh -effekten modifieras genom förändringar av strukturen i kvantfältteorin, liksom den relativa betydelsen av dessa ändringar, forskarna tror att studien ger en gedigen teoretisk ram för att diskutera och kanske testa just denna aspekt som en av de möjliga fenomenologiska manifestationerna av kvantgravitation. Detta är särskilt viktigt och lämpligt även om effekten ännu inte har mätts experimentellt, eftersom det förväntas verifieras inom en inte så avlägsen framtid.