ابتكر الفيزيائيون طريقة لرؤية “تأثير غير طبيعي” بعيد المنال في المختبر

يقول فريق من الفيزيائيين إنهم فعلوا ذلك اكتشفوا خاصيتين للمادة المتسارعة التي يعتقدون أنها يمكن أن تجعل نوعًا من الإشعاع لم يسبق له مثيل مرئيًا. الموصوفة حديثا تعني الخصائص أن مراقبة الإشعاع – يسمى تأثير Unruh – يمكن أن تحدث في تجربة معملية على الطاولة.

يتطلب تأثير Unruh في الطبيعة نظريًا قدرًا سخيفًا من التسارع ليكون مرئيًا، ولأنها مرئية فقط من منظور الجسم المتسارع في الفراغ ، فمن المستحيل رؤيتها بشكل أساسي. ولكن بفضل التطورات الحديثة ، قد يكون من الممكن مشاهدة تأثير Unruh في تجربة معملية.

في البحث الجديد ، وصف فريق من العلماء جانبين غير معروفين سابقًا للحقل الكمومي والذي قد يعني أنه يمكن ملاحظة تأثير Unruh بشكل مباشر. الأول هو أنه يمكن تحفيز التأثير ، مما يعني أنه يمكن إغراء التأثير الضعيف عادةً ليصبح أكثر وضوحًا في ظل ظروف معينة. الظاهرة الثانية هي أن الذرة المتسارعة المثارة بدرجة كافية يمكن أن تصبح شفافة. كان بحث الفريق نشرت هذا الربيع في رسائل المراجعة المادية.

تأثير Unruh (أو تأثير Fulling-Davies-Unruh ، الذي سمي على هذا النحو للفيزيائيين الذين اقترحوا وجوده لأول مرة في السبعينيات) هو ظاهرة تنبأ بها نظرية المجال الكمومي ، التي تنص على أن الكيان (سواء كان جسيمًا أو مركبة فضائية ) التسارع في الفراغ سوف يتوهج – على الرغم من أن هذا التوهج لن ‘تكون مرئيةبلي ل أي مراقب خارجي لا يتسارع أيضًا في الفراغ.

قالت باربرا شودا ، عالمة الفيزياء في جامعة واترلو والمؤلفة الرئيسية للدراسة ، في مكالمة فيديو: “ما تعنيه الشفافية الناجمة عن التسارع هو أنها تجعل كاشف تأثير Unruh شفافًا للتحولات اليومية ، نظرًا لطبيعة حركته”. مع جزمودو. تمامًا كما ينبعث إشعاع هوكينج من الثقوب السوداء بينما تسحب جاذبيتها الجزيئات ، فإن تأثير أونرو ينبعث من الأجسام أثناء تسارعها في الفضاء.

هناك عدة أسباب لعدم ملاحظة تأثير Unruh بشكل مباشر. أولاً ، يتطلب التأثير قدرًا مثيرًا للسخرية من التسارع الخطي ؛ للوصول إلى درجة حرارة 1 كلفن ، حيث يرى الراصد المتسارع الوهج ، المراقب يجب أن يتم تسريعهاجي في 100 كوينتيليون متر في الثانية المربعة. توهج تأثير Unruh حراري ؛ إذا كان الجسم يتسارع بشكل أسرع ، فإن درجة حرارة الوهج سيكون أكثر دفئا.

الطرق السابقة لمراقبة تأثير Unruh تم اقتراحه. لكن هذا يعتقد الفريق أن لديهم فرصة مقنعة في مراقبة التأثير ، وذلك بفضل النتائج التي توصلوا إليها حول خصائص المجال الكمومي.

قال فيفيشيك سودهير ، الفيزيائي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف المشارك في العمل الأخير: “نرغب في بناء تجربة مخصصة يمكنها الكشف بشكل لا لبس فيه عن تأثير Unruh ، ومن ثم توفير منصة لدراسة مختلف الجوانب ذات الصلة”. “لا لبس فيه هو الصفة الرئيسية هنا: في مسرّع الجسيمات ، هو حقًا مجموعات من الجسيمات التي يتم تسريعها ، مما يعني أن استنتاج تأثير Unruh الدقيق للغاية من وسط التفاعلات المختلفة بين الجسيمات في مجموعة يصبح صعبًا للغاية.”

وخلص سودهير إلى أنه “بمعنى ما ، نحتاج إلى إجراء قياس أكثر دقة لخصائص جسيم واحد متسارع محدد جيدًا ، وهو ليس الغرض الذي صنعت من أجله مسرعات الجسيمات.”

يتمثل جوهر تجربتهم المقترحة في تحفيز تأثير Unruh في بيئة معملية ، باستخدام ذرة ككاشف لتأثير Unruh. من خلال تفجير ذرة واحدة بالفوتونات ، سيرفع الفريق الجسيم إلى حالة طاقة أعلى ، وشفافيته الناتجة عن التسارع ستكتم الجسيم إلى أي ضوضاء يومية من شأنها أن تشوش وجود تأثير Unruh.

قال أوودا ، عن طريق حث الجسيم بالليزر ، “ستزيد من احتمالية رؤية تأثير Unruh ، ويزداد الاحتمال بعدد الفوتونات الموجودة في الحقل”. “ويمكن أن يكون هذا الرقم ضخمًا ، اعتمادًا على مدى قوة الليزر لديك “. بعبارة أخرى ، لأن الباحثين يمكن أن يضربوا مع جسيم كوادريليون صhotons ، فإنها تزيد من احتمالية حدوث تأثير Unruh بمقدار 15 مرتبة من حيث الحجم.

نظرًا لأن تأثير Unruh مشابه لإشعاع هوكينج من نواحٍ عديدة ، يعتقد الباحثون أن خواص المجال الكمومي التي وصفوها مؤخرًا يمكن استخدامهما لتحفيز إشعاع هوكينغ ويعنيان وجود شفافية ناتجة عن الجاذبية. نظرًا لعدم ملاحظة إشعاع هوكينج مطلقًا ، فقد يكون تفريغ تأثير Unruh خطوة نحو ذلك فهم أفضل للتوهج النظري حول الثقوب السوداء.

بالطبع ، هذه النتائج لا تعني الكثير إذا كان تأثير Unruh لا يمكن ملاحظته مباشرة في بيئة معملية – الخطوة التالية للباحثين. بالضبط عندما سيتم إجراء هذه التجربة ، ومع ذلك ، يبقى أن نرى.

المزيد: يظهر مختبر الثقب الأسود أن ستيفن هوكينج كان على حق ، من الواضح