Onderzoekers van de Universiteit van Chicago (UChicago) hebben onlangs een experimentele waarneming gerapporteerd van een materieveld met thermische fluctuaties die in overeenstemming is met de stralingsvoorspellingen van Unruh. hun papier, gepubliceerd in Natuurfysica , zou nieuwe mogelijkheden kunnen bieden voor onderzoek naar de dynamiek van kwantumsystemen in een gekromde ruimtetijd.

"Ons team bij UChicago heeft een nieuw kwantumfenomeen onderzocht, Bose-vuurwerk genaamd, dat we twee jaar geleden ontdekten. "Cheng-Chin, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Ons artikel meldt zijn verborgen verband met een zwaartekrachtfenomeen genaamd Unruh-straling."

Het Unruh-effect, of Unruh-straling, is nauw verbonden met Hawking-straling. 1974, theoretisch fysicus Stephen Hawking voorspelde dat de sterke zwaartekracht in de buurt van zwarte gaten leidt tot de emissie van thermische straling van deeltjes, die lijkt op de hittegolf die door een oven wordt uitgezonden. Dit fenomeen blijft speculatief zonder directe experimentele bevestiging.

Een paar jaar later, in 1976, natuurkundige William Unruh veronderstelde dat een persoon dezelfde straling zou kunnen waarnemen als ze met een hoge versnelling beweegt. De equivalentie tussen Hawking- en Unruh-straling is gebaseerd op het equivalentieprincipe van Einstein, wat nu door vele experimenten is bevestigd.

Ondanks de voorspellingen van Unruh, niemand heeft nog Unruh-straling waargenomen, wat niet verwonderlijk is, omdat dit fenomeen bijzonder moeilijk vast te leggen is. In feite, een persoon zou een G-kracht van 25 miljard miljard (25*10 ¹⁸ ) om een ​​zwakke straling van 1 Kelvin te zien. Dit is een verbazingwekkend aantal als je bedenkt dat, bijvoorbeeld, de G-kracht die een straaljagerpiloot ervaart, is niet meer dan 10.

"In ons laboratorium we simuleren Unruh-fysica door een Bose-Einstein-condensaat nauwkeurig te moduleren met het magnetische veld, " zei Chin. "Zelfs door ons monster beweegt niet, de modulatie heeft hetzelfde effect als het opvoeren van de sample tot een versnellend referentieframe. We nemen straling waar bij 2 micro-Kelvin, en de meting komt uitstekend overeen met de voorspelling van de Unruh en bevestigt de kwantumaard van het stralingsveld."

In hun experiment hebben Chin en zijn collega's bereidden 60, 000 cesiumatomen en koelde ze af tot ongeveer 10 nano-kelvin, toen begon de modulatie van het magnetische veld. Een paar milliseconden na de modulatie, ze observeerden een thermische emissie van atomen in alle richtingen. Om de thermische verdeling van atomen te bevestigen, de onderzoekers verzamelden een groter aantal monsters en toonden aan dat het atoomnummer precies fluctueert volgens de thermische Boltzmann-verdeling.

"De temperaturen die we uit de afbeeldingen hebben gehaald, komen uitstekend overeen met de voorspelling van Unruh, " zei Chin. "Naast de thermische distributie, we observeren ook de ruimtelijke en temporele samenhang van de emissie van materiegolven. De samenhang is het kenmerk van de kwantummechanica en laat zien dat Unruh-straling afkomstig is uit de kwantummechanica. Dit staat in schril contrast met klassieke warmtestralingsbronnen, zoals een oven of zonlicht, die voortkomen uit thermisch evenwicht."

Eigenlijk, Chin en zijn collega's observeerden een materiegolfveld met behulp van een raamwerk voor kwantumfysica-simulaties in niet-inertiële frames. Ze merkten op dat de fluctuaties van deze materiegolf, evenals de lange-afstandsfasecoherentie en de temporele coherentie zijn afgestemd op de voorspellingen van Unruh.

De studie uitgevoerd door het team van UChicago werd gefinancierd door de National Science Foundation, Legeronderzoeksbureau en Chicago MRSEC. In de toekomst, hun waarnemingen kunnen belangrijke implicaties hebben voor de studie van kwantumverschijnselen in een gekromde ruimtetijd.

"Onze methode is van toepassing op generieke kwantumtoestanden in niet-inertiële referentiekaders. In ons toekomstige werk, we willen nieuwe kwantumfenomenen identificeren in gekromde ruimtetijden, Chin zei. "Er is veel discussie geweest over de vraag of de algemene relativiteitstheorie van Einstein compatibel is met de kwantummechanica. Er zijn voorstellen, speculaties en zelfs paradoxen, en we willen experimenten uitvoeren die kunnen helpen om beter te begrijpen hoe de kwantummechanica werkt in gekromde ruimtetijden."

© 2019 Wetenschap X Netwerk