Физики нашли способ «увидеть» тепло в пустом пространстве

Учёные из Стокгольмского университета и Института научного образования и исследований (IISER) Мохали предложили реалистичную стратегию для наблюдения одного из самых необычных явлений в современной физике — эффекта Унру. Этот эффект предсказывает, что ускоряющийся объект будет воспринимать пустое пространство как слегка тёплое. На практике создание ускорения, достаточного для прямого нагрева, далеко за пределами возможностей лабораторных экспериментов. Исследователи описывают, как этот чрезвычайно слабый эффект можно преобразовать в чёткую, точно синхронизированную вспышку света.

Иллюстрация ИИ к предлагаемому эксперименту. Авторство: Стокгольмский университет

Базовую установку представить проще, чем лежащую в её основе физику. Представьте группу атомов, помещённых между двумя параллельными зеркалами. Эти зеркала могут влиять на то, как быстро атомы испускают свет. При определённых условиях атомы перестают действовать независимо и вместо этого излучают свет вместе, подобно хору, поющему в унисон — гораздо громче, чем солисты. Это явление известно как суперизлучение.

Согласно новой работе, если атомы испытывают тонкое тепло, связанное с эффектом Унру, это влияние мягко меняет их поведение. В результате коллективная вспышка света происходит чуть раньше, чем если бы атомы не ускорялись. Это опережение по времени становится ясным и измеримым признаком эффекта Унру.

Мы нашли способ превратить шёпот эффекта Унру в крик. Используя тщательно расположенные высококачественные зеркала, мы делаем обычные фоновые сигналы тише, в то время как вспышка, вызванная ускорением, выходит раньше и чище.

— сказал Ахил Десвал, аспирант IISER Мохали.

Важным преимуществом этого подхода является то, что он резко снижает требуемое ускорение. Без высококачественных зеркал необходимое ускорение было бы намного больше и далеко за пределами практических возможностей.

Время — ключ. Хор атомов не только громче, но и кричит раньше, если они чувствуют слабое тепло пустого пространства, связанное с эффектом Унру. Этот простой маркер, подобный часам, может облегчить отделение сигнала Унру от повседневного шума.

— добавил Навдип Арья, постдокторант Стокгольмского университета.

Сосредоточившись на времени появления света, а не на его интенсивности, метод предлагает новый способ изолировать нужный сигнал от фоновых эффектов, которые обычно его заглушают.

Решая проблему обнаружения, которая десятилетиями ставила физиков в тупик, это предложение помогает сократить разрыв между стандартным лабораторным оборудованием и явлениями, обычно связанными с экстремальными условиями. Поскольку ускорение и гравитация тесно связаны, аналогичные методы, основанные на времени, в конечном итоге могут позволить учёным изучать тонкие квантовые эффекты, вызванные гравитацией, прямо на лабораторном столе.

Исследование, соавторами которого выступили Кинджалк Лохан и Сандип К. Гойал из IISER Мохали, опубликовано в журнале Physical Review Letters.