Veertig jaar geleden, De Canadese natuurkundige Bill Unruh deed een verrassende voorspelling met betrekking tot de kwantumveldentheorie. Bekend als het Unruh-effect, zijn theorie voorspelde dat een versnellende waarnemer zou baden in blackbody-straling, terwijl een traagheidswaarnemer aan niemand zou worden blootgesteld. Wat is een betere manier om de 40e verjaardag van deze theorie te vieren dan na te denken over hoe het mensen zou kunnen beïnvloeden die relativistische ruimtereizen proberen?

Dat was de bedoeling van een nieuwe studie door een team van onderzoekers uit Sao Paulo, Brazilië. In essentie, ze onderzoeken hoe het Unruh-effect kan worden bevestigd met behulp van een eenvoudig experiment dat gebaseerd is op bestaande technologie. Dit experiment zou niet alleen voor eens en voor altijd bewijzen of het Unruh-effect echt is, het kan ons ook helpen plannen te maken voor de dag waarop interstellaire reizen werkelijkheid worden.

Om het in lekentaal te zeggen, Einsteins relativiteitstheorie stelt dat tijd en ruimte afhankelijk zijn van het inertiaalstelsel van de waarnemer. In overeenstemming hiermee is de theorie dat als een waarnemer met een constante snelheid door een leeg vacuüm reist, ze zullen ontdekken dat de temperatuur van het vacuüm het absolute nulpunt is. Maar als ze zouden beginnen te versnellen, de temperatuur van de lege ruimte zou heter worden.

Dit is wat William Unruh – een theoreticus van de University of British Columbia (UBC), Vancouver - beweerde in 1976. Volgens zijn theorie, een waarnemer die door de ruimte versnelt, zou worden onderworpen aan een "thermisch bad" - d.w.z. fotonen en andere deeltjes - die zouden intensiveren naarmate ze meer versnelden. Helaas, niemand heeft dit effect ooit kunnen meten, omdat er geen ruimtevaartuig bestaat dat het soort snelheden kan bereiken dat nodig is.

Ter wille van hun studie – die onlangs in het tijdschrift werd gepubliceerd Fysieke beoordelingsbrieven onder de titel "Virtuele observatie van het Unruh-effect" stelde het onderzoeksteam een ​​eenvoudig experiment voor om het Unruh-effect te testen. Onder leiding van Gabriel Cozzella van het Institute of Theoretical Physics (IFT) aan de Sao Paulo State University, ze beweren dat dit experiment het probleem zou oplossen door een reeds begrepen elektromagnetisch fenomeen te meten.

Eigenlijk, zij stellen dat het mogelijk zou zijn om het Unruh-effect te detecteren door de zogenaamde Larmor-straling te meten. Dit verwijst naar de elektromagnetische energie die wordt uitgestraald van geladen deeltjes (zoals elektronen, protonen of ionen) wanneer ze versnellen. Zoals ze in hun studie aangeven:

"Een meer veelbelovende strategie bestaat uit het zoeken naar vingerafdrukken van het Unruh-effect in de straling die wordt uitgezonden door versnelde ladingen. Versnelde ladingen zouden terug moeten reageren als gevolg van stralingsemissie, dienovereenkomstig trillen. Zo'n trillen zou door Rindler-waarnemers natuurlijk worden geïnterpreteerd als een gevolg van de ladingsinteractie met de fotonen van het thermale bad van Unruh."

Zoals ze in hun paper beschrijven, dit zou bestaan ​​uit het volgen van het door elektronen uitgezonden licht binnen twee afzonderlijke referentieframes. In de eerste, bekend als het "versnellingsframe", elektronen worden zijdelings over een magnetisch veld afgevuurd, waardoor de elektronen in een cirkelvormig patroon zouden bewegen. In de seconde, het "laboratoriumframe", een verticaal veld wordt aangelegd om de elektronen naar boven te versnellen, waardoor ze een kurkentrekkerachtig pad volgen.

In het versnellende frame, Cozzella en zijn collega's gaan ervan uit dat de elektronen de "mist van fotonen" zouden tegenkomen, waar ze beide uitstralen en uitzenden. In het laboratoriumframe, de elektronen zouden opwarmen zodra verticale versnelling werd toegepast, waardoor ze een overmaat aan lange-golflengte fotonen vertonen. Echter, dit zou om te beginnen afhankelijk zijn van de "mist" die in het versnelde frame bestaat.

Kortom, dit experiment biedt een eenvoudige test die zou kunnen bepalen of het Unruh-effect al dan niet bestaat, dat is iets dat in het geding is sinds het werd voorgesteld. Een van de schoonheden van het voorgestelde experiment is dat het kan worden uitgevoerd met behulp van deeltjesversnellers en elektromagneten die momenteel beschikbaar zijn.

Aan de andere kant van het debat staan ​​degenen die beweren dat het Unruh-effect te wijten is aan een wiskundige fout van Unruh en zijn collega's. Voor die individuen, dit experiment is nuttig omdat het deze theorie effectief zou ontkrachten. Achteloos, Cozzella en zijn team zijn ervan overtuigd dat hun voorgestelde experiment positieve resultaten zal opleveren.

"We hebben een eenvoudig experiment voorgesteld waarbij de aanwezigheid van het thermale bad van Unruh is vastgelegd in de Larmor-straling die wordt uitgezonden door een versnelde lading, "zeggen ze. "Dan, we hebben een eenvoudige klassiek-elektrodynamische berekening uitgevoerd (gecontroleerd door een kwantumveldentheorie) om het zelf te bevestigen. Tenzij men de klassieke elektrodynamica uitdaagt, onze resultaten moeten virtueel worden beschouwd als een observatie van het Unruh-effect."

Als de experimenten zouden slagen, en het is bewezen dat het Unruh-effect bestaat, het zou zeker gevolgen hebben voor toekomstige ruimtemissies die afhankelijk zijn van geavanceerde voortstuwingssystemen. Tussen Project Starshot, en elke voorgestelde missie waarbij een bemanning naar een ander sterrenstelsel wordt gestuurd, er moet rekening worden gehouden met de toegevoegde effecten van een "mist van fotonen" en een "thermisch bad".