L’ostacolo principale alla ricerca in fisica fondamentale è l’incapacità di effettuare test
Cosa aveva previsto Hawking?
Nel 1974, Stephen Hawking sorprese i fisici in tuttomondo, affermando che l'estrema forza gravitazionale sugli orizzonti degli eventi dei buchi neri creerà particelle virtuali. Le emetteranno finché non esauriranno l'energia ed evaporeranno completamente.
Prima che Hawking inventasse il suo rivoluzionarioIn teoria, i buchi neri erano considerati oggetti neri ideali da cui nessuna particella poteva sfuggire. Tuttavia, il fisico è sicuro che abbiano la propria radiazione. Essenzialmente, si tratta di un processo quantistico di radiazione termica che i buchi neri emettono spontaneamente. Quindi la massa dei buchi neri e la loro energia di rotazione diminuiscono gradualmente. Di conseguenza, potrebbero scomparire completamente.
Qual è l'effetto Unruh?
Effetto pieno Davis Unruh per la prima voltaproposto negli anni 70. Questa è una delle tante previsioni della teoria quantistica dei campi. Secondo esso il vuoto vuoto non esiste. In effetti, ogni “tasca” dello spazio è piena di infinite vibrazioni su scala quantistica. Se ricevono abbastanza energia, “esplodono” spontaneamente in coppie particella-antiparticella, che quasi immediatamente si annichilano a vicenda. Secondo la teoria, qualsiasi particella, sia essa materia o luce, è semplicemente un’eccitazione localizzata di questo campo quantistico.
Cosa hanno in comune?
L'effetto Unruh crea spaziointorno agli oggetti in rapida accelerazione sembra essere pieno di decine di particelle virtuali che conferiscono loro il loro splendore. Poiché è strettamente correlato alla radiazione di Hawking, in cui le particelle appaiono spontaneamente ai bordi dei buchi neri, gli scienziati hanno a lungo cercato di rilevarne una come un accenno all’esistenza dell’altro. Ma questo è impossibile da fare. In ogni caso, questo è ciò che pensavano prima i fisici.
Perché è difficile dimostrarli?
Simile al test della radiazione di Hawkingrichiede un buco nero, l'effetto Unruh richiede enormi accelerazioni per produrre un bagliore visibile. Si pensava che fosse così debole da non poter essere misurato con la tecnologia moderna.
Secondo la teoria quantistica, un atomo stazionario puòaumenta la sua energia solo quando un fotone reale eccita uno dei suoi elettroni. Tuttavia, per un atomo in accelerazione, le fluttuazioni del campo quantistico possono “sembrare” come dei veri fotoni. Dal suo “punto di vista”, si muoverà attraverso un insieme di particelle di luce calda che riscaldano l'atomo. Questo calore potrebbe essere un segno rivelatore dell’effetto Unruh.
Il problema è qual è l'accelerazione da ottenereimpossibile anche al Large Hadron Collider. Un atomo deve accelerare alla velocità della luce in meno di un milionesimo di secondo, sperimentando una forza di un quadrilione di metri al secondo quadrato, per emettere luce sufficiente che i moderni rivelatori rileveranno.
In parole semplici, per vedere questo effetto dietroper un breve periodo di tempo, hai solo bisogno di un'accelerazione incredibile. Se utilizziamo le velocità a disposizione dell'umanità, dovremo aspettare più tempo di quanto esista l'Universo.
Quale esperimento hanno ideato gli scienziati?
Tuttavia, i fisici hanno capito come sperimentareEffetto Unruh utilizzando laser ad alta intensità. Si è scoperto che se agiscono su una particella accelerata, l'effetto aumenterà così tanto che può essere misurato. Gli scienziati hanno anche scoperto che è possibile rendere trasparente la materia accelerata bilanciando delicatamente l'accelerazione e la decelerazione delle particelle.
Come funzionerà?
Le fluttuazioni quantistiche diventano densegrazie ai fotoni. Ciò significa che un atomo costretto a muoversi nel vuoto sotto l'influenza di una luce laser ad alta intensità potrebbe teoricamente causare l'effetto Unruh anche ad accelerazioni piuttosto basse. Il problema è che l'atomo può anche interagire con la luce laser, assorbendola aumentandone il livello energetico. Il calore generato finirà per smorzare l'effetto Unruh.
Ma i fisici hanno trovato una soluzione da realizzarei fotoni sono invisibili. Se un atomo deve “guadagnare” un campo di fotoni, allora potrebbe non “vedere” i fotoni di una certa frequenza, il che li renderà praticamente invisibili all’atomo. Alla fine, combinando in sequenza tutte queste soluzioni alternative, gli scienziati saranno in grado di testare l’effetto Unruh a una specifica frequenza della luce.
Qual è la linea di fondo?
Dare vita all’esperimento non sarà facile. Gli scienziati costruiranno un acceleratore di particelle da laboratorio che accelererà un elettrone alla velocità della luce irradiandolo con un raggio di microonde. Se ne scopriranno l'effetto, condurranno esperimenti che troveranno una connessione tra la teoria della relatività e meccanica quantistica. Questo è uno dei maggiori problemi della fisica. Inoltre, osservando l’effetto Unruh, gli scienziati confermeranno la correttezza di Hawking riguardo ai buchi neri.
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