Ученые предложили способ обнаружить «фантомное тепло» пустого пространства
Ученые, возможно, нашли первый практический способ зафиксировать квантовое тепло пустого пространства. Credit: AI/ScienceDaily.com
Исследователи из Хиросимского университета разработали реалистичный и высокочувствительный метод обнаружения эффекта Унру — давно предсказанного феномена на стыке теории относительности и квантовой теории. Их новаторский подход открывает новые возможности для изучения фундаментальной физики и создания передовых технологий.
Эффект Фуллинга-Дэвиса-Унру, или просто эффект Унру, — это поразительное теоретическое предсказание, лежащее на глубоком пересечении теории относительности Альберта Эйнштейна и квантовой теории.
«В квантовой теории даже вакуум кишит крошечными флуктуациями энергии, где частицы и античастицы ненадолго появляются и исчезают. Примечательно, что эффект Унру показывает, что восприятие этих "вакуумных ripple-эффектов" зависит от движения наблюдателя. Неподвижный наблюдатель не видит ничего, но наблюдатель, undergoing ускорение, воспринимает их как реальные частицы с тепловым распределением энергии — "квантовое тепло"», — пояснил Нориюки Хатакенака, почетный профессор Хиросимского университета.
Контрintuitive результат подчеркивает важную связь между этими двумя столпами современной физики. Если бы ученые смогли экспериментально подтвердить эффект Унру, это не только bridged бы разрыв между общей теорией относительности и квантовой механикой, но и дало бы глубокое понимание самой природы пространства-времени. Однако экспериментальная проверка эффекта Унру долгое время оставалась серьезной проблемой в фундаментальной физике.
«Основная проблема заключалась в чрезвычайно больших ускорениях — порядка 1020 м/с2, — необходимых для обнаружения этого эффекта, что делает его наблюдение практически невозможным с помощью современных технологий, по крайней мере, в системах с линейным ускорением», — сказала Харуна Катаяма, доцент Хиросимского университета.
Исследователи предложили многообещающий подход для наблюдения эффекта Унру.
«Наша работа направлена на преодоление этого фундаментального препятствия путем предложения нового и осуществимого экспериментального метода. Мы используем круговое движение метастабильных пар fluxon-antifluxon в связанных кольцевых джозефсоновских переходах», — сказал Хатакенака.Достижения в области сверхпроводящей микрообработки позволяют создавать цепи с чрезвычайно малыми радиусами, что обеспечивает immensely высокие эффективные ускорения и создает температуру Унру в несколько кельвинов — достаточно высокую, чтобы ее можно было обнаружить экспериментально с помощью современных технологий.
«Мы предложили реалистичный, высокочувствительный и однозначный метод обнаружения неуловимого эффекта Унру. Наша предлагаемая система предлагает четкий путь к экспериментальному наблюдению этого "фантомного тепла" ускорения впервые», — сказала Катаяма.В их инновационной установке «квантовое тепло», индуцированное круговым ускорением, вызывает флуктуации, которые запускают расщепление метастабильных пар fluxon-antifluxon. Что важно, это событие расщепления проявляется как четкий, макроскопический скачок напряжения в сверхпроводящей цепи. Этот скачок напряжения служит неоспоримым и легко измеряемым сигналом, предоставляя прямую и надежную сигнатуру присутствия эффекта Унру. Статистически анализируя распределение этих скачков напряжения, исследователи могут точно измерить температуру Унру с высокой точностью.
«Один из самых удивительных аспектов заключается в том, что микроскопические квантовые флуктуации могут вызывать внезапные, макроскопические скачки напряжения, делая неуловимый эффект Унру непосредственно наблюдаемым. Еще более поразительно то, что распределение переключений смещается исключительно с ускорением, в то время как все остальные параметры остаются фиксированными — это явный статистический отпечаток самого эффекта Унру», — сказал Хатакенака.
Говоря о дальнейших планах, Катаяма отметила:
«Наш непосредственный следующий шаг — провести детальный анализ процессов распада пар fluxon-antifluxon. Это включает тщательное исследование роли макроскопического квантового туннелирования, квантово-механического явления, при котором частицы могут проходить через потенциальные барьеры, что не было подробно изучено в этой первоначальной работе. Понимание этих сложных механизмов распада будет иметь crucial значение для усовершенствования экспериментального обнаружения эффекта Унру».
Их конечная цель в этом исследовании многогранна. Помимо непосредственного обнаружения, они aim исследовать потенциальные связи между этим явлением и другими квантовыми полями, coupled с их детектором.
«Углубляя наше понимание этих новых квантовых явлений, мы надеемся внести значительный вклад в поиск единой теории всех физических законов», — сказал Хатакенака.
Исследователи отмечают, что высокочувствительные и широкодиапазонные возможности обнаружения, разработанные в этой работе, открывают immense перспективы для будущих применений, особенно в области передовых квантовых сенсорных технологий.
«Мы стремимся к тому, чтобы эта работа открыла новые пути в фундаментальной физике и вдохновила на дальнейшее исследование истинной природы пространства-времени и квантовой реальности», — сказала Катаяма.
Исследование было поддержано грантами JSPS KAKENHI и программой HIRAKU-Global, финансируемой MEXT.
0 комментариев