Le principal obstacle à la recherche en physique fondamentale est l'incapacité de tester
Qu'est-ce que Hawking a prédit?
En 1974, Stephen Hawking a surpris les physiciens en toutmonde, déclarant que la force gravitationnelle extrême aux horizons des événements des trous noirs créera des particules virtuelles. Ils les émettront jusqu'à ce qu'ils soient à court d'énergie et s'évaporent complètement.
Avant que Hawking ne propose son discours révolutionnaireSelon la théorie, les trous noirs étaient considérés comme des objets noirs idéaux dont aucune particule ne pouvait s’échapper. Cependant, le physicien est sûr qu’ils possèdent leur propre rayonnement. Il s’agit essentiellement d’un processus quantique de rayonnement thermique émis spontanément par les trous noirs. Ainsi, la masse des trous noirs et leur énergie de rotation diminuent progressivement. En conséquence, ils pourraient disparaître complètement.
Qu'est-ce que l'effet Unruh ?
Effet fulling Davis Unruh pour la première foisproposé dans les années 1970. C’est l’une des nombreuses prédictions de la théorie quantique des champs. Selon lui, le vide n’existe pas. En fait, toute « poche » de l’espace est remplie de vibrations infinies à l’échelle quantique. Si on leur donne suffisamment d’énergie, elles « explosent » spontanément en paires particule-antiparticule, qui s’annihilent presque immédiatement. Selon cette théorie, toute particule, qu’il s’agisse de matière ou de lumière, est simplement une excitation localisée de ce champ quantique.
Qu'est-ce qu'ils ont en commun?
L'effet Unruh provoque de l'espaceautour d'objets à accélération rapide semble être rempli de dizaines de particules virtuelles qui leur donnent leur éclat. Parce qu'il est étroitement lié au rayonnement de Hawking, dans lequel des particules apparaissent spontanément aux bords des trous noirs, les scientifiques ont longtemps cherché à en détecter un comme un indice sur l'existence de l'autre. Mais c’est impossible à faire. En tout cas, c’est ce que pensaient les physiciens auparavant.
Pourquoi est-il difficile de les prouver ?
Semblable au test du rayonnement Hawkingnécessite un trou noir, l'effet Unruh nécessite d'énormes accélérations pour produire une lueur visible. On pensait qu'il était si faible qu'il ne pouvait pas être mesuré à l'aide de la technologie moderne.
Selon la théorie quantique, un atome stationnaire peutn'augmente son énergie que lorsqu'un photon réel excite l'un de ses électrons. Cependant, pour un atome en accélération, les fluctuations du champ quantique peuvent « ressembler » à de vrais photons. De son « point de vue », il se déplacera à travers un ensemble de particules de lumière chaude qui réchaufferont l’atome. Cette chaleur peut être un signe révélateur de l’effet Unruh.
Le problème est quelle est l'accélération pour obtenirimpossible même au Large Hadron Collider. Un atome doit accélérer jusqu'à la vitesse de la lumière en moins d'un millionième de seconde, tout en subissant une force d'un quadrillion de mètres par seconde au carré, afin d'émettre suffisamment de lumière que les détecteurs modernes pourront détecter.
En termes simples, voir cet effet derrièreune courte période de temps, vous avez juste besoin d'une accélération incroyable. Si nous utilisons les vitesses dont dispose l'humanité, alors nous devrons attendre plus de temps que l'Univers n'existe.
Quelle expérience les scientifiques ont-ils imaginée ?
Cependant, les physiciens ont compris comment expérimenter avecEffet Unruh utilisant des lasers à haute intensité. Il s'est avéré que s'ils agissent sur une particule accélérée, l'effet augmentera tellement qu'il pourra être mesuré. Les scientifiques ont également découvert qu'il est possible de rendre transparente la matière accélérée en équilibrant délicatement l'accélération et la décélération des particules.
Comment cela fonctionnera-t-il ?
Les fluctuations quantiques deviennent densesgrâce aux photons. Cela signifie qu'un atome forcé de se déplacer dans le vide sous l'influence d'une lumière laser de haute intensité pourrait théoriquement provoquer l'effet Unruh même à des accélérations assez faibles. Le problème est que l'atome peut également interagir avec la lumière laser, l'absorbant, ainsi augmentant son niveau d’énergie. La chaleur générée finira par atténuer l’effet Unruh.
Mais les physiciens ont trouvé une solution pour faireles photons sont invisibles. Si un atome doit « parcourir » un champ de photons, il se peut qu’il ne « voie » pas les photons d’une certaine fréquence, ce qui les rendra pratiquement invisibles pour l’atome. À terme, en combinant séquentiellement toutes ces solutions de contournement, les scientifiques pourront tester l’effet Unruh à une fréquence de lumière spécifique.
Quelle est la ligne du bas?
Donner vie à l’expérience ne sera pas facile. Les scientifiques construiront un accélérateur de particules en laboratoire qui accélérera un électron jusqu'à la vitesse de la lumière en l'irradiant avec un faisceau micro-ondes. S'ils découvrent l'effet, ils mèneront des expériences avec celui-ci qui découvriront un lien entre la théorie d'Einstein relativité et mécanique quantique. C’est l’un des plus gros problèmes de la physique. De plus, en observant l’effet Unruh, les scientifiques confirmeront l’exactitude de Hawking concernant les trous noirs.
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