Hovedhindringen for forskning i grunnleggende fysikk er manglende evne til å teste
Hva forutsa Hawking?
I 1974 overrasket Stephen Hawking fysikere i altverden, og sier at den ekstreme gravitasjonskraften ved hendelseshorisontene til sorte hull vil skape virtuelle partikler. De vil sende dem ut til de går tom for energi og fordamper fullstendig.
Før Hawking kom med sin revolusjonæreteorien ble svarte hull ansett som ideelle svarte objekter som ingen partikler kunne unnslippe. Imidlertid er fysikeren sikker på at de har sin egen stråling. I hovedsak er det en kvanteprosess av termisk stråling som sorte hull avgir spontant. Så massen av sorte hull og deres rotasjonsenergi reduseres gradvis. Som et resultat kan de forsvinne helt.
Hva er Unruh-effekten?
Fullende effekt Davis Unruh for første gangforeslått på 1970-tallet. Dette er en av mange spådommer innen kvantefeltteori. Ifølge den eksisterer ikke et tomt vakuum. Faktisk er enhver "lomme" med plass fylt med endeløse vibrasjoner på en kvanteskala. Hvis de får nok energi, "eksploderer" de spontant til partikkel-antipartikkel-par, som nesten umiddelbart tilintetgjør hverandre. I følge teorien er enhver partikkel - enten det er materie eller lys - ganske enkelt en lokalisert eksitasjon av dette kvantefeltet.
Hva har de til felles?
Unruh-effekten forårsaker plassrundt raskt akselererende objekter ser ut til å være fylt med en rekke virtuelle partikler som gir dem deres glød. Fordi det er nært beslektet med Hawking-stråling, der partikler spontant oppstår ved kantene av sorte hull, har forskere lenge forsøkt å oppdage en som et hint til den andres eksistens. Men dette er umulig å gjøre. Det er i alle fall det fysikerne trodde før.
Hvorfor er det vanskelig å bevise dem?
Ligner på å teste Hawking-strålingkrever et sort hull, krever Unruh-effekten enorme akselerasjoner for å produsere en glød som kan sees. Den ble antatt å være så svak at den ikke kunne måles ved hjelp av moderne teknologi.
I følge kvanteteorien kan et stasjonært atomøke energien bare når et ekte foton eksiterer et av elektronene. For et akselererende atom kan imidlertid kvantefeltsvingninger "se ut" som ekte fotoner. Fra hans "synspunkt" vil den bevege seg gjennom en samling varme lyspartikler som varmer opp atomet. Denne varmen kan være et tydelig tegn på Unruh-effekten.
Problemet er hva akselerasjonen er å fåumulig selv ved Large Hadron Collider. Et atom må akselerere til lysets hastighet på mindre enn en milliondels sekund, mens det opplever en kraft på en kvadrillion meter per sekund i kvadrat, for å gi fra seg nok lys som moderne detektorer vil oppdage.
Med enkle ord, for å se denne effekten baken kort periode trenger du bare utrolig akselerasjon. Hvis vi bruker hastighetene som er tilgjengelige for menneskeheten, må vi vente lenger enn universet eksisterer.
Hvilket eksperiment kom forskerne på?
Imidlertid fant fysikere ut hvordan de skulle eksperimentere medUnruh-effekt ved bruk av lasere med høy intensitet. Det viste seg at hvis de virker på en akselerert partikkel, vil effekten øke så mye at den kan måles. Forskerne oppdaget også at det er mulig å gjøre akselerert materie gjennomsiktig ved å finbalansere akselerasjon og retardasjon av partikler.
Hvordan vil det fungere?
Kvantesvingninger blir tettetakket være fotoner. Dette betyr at et atom som tvinges til å bevege seg i et vakuum under påvirkning av høyintensitets laserlys teoretisk sett kan forårsake Unruh-effekten selv ved ganske lave akselerasjoner.Problemet er at atomet også kan samhandle med laserlyset, absorbere det, og dermed øke energinivået. Varmen som genereres vil til slutt dempe Unruh-effekten.
Men fysikere har kommet opp med en løsning å gjørefotoner er usynlige. Hvis et atom må "vade" gjennom et felt med fotoner, kan det hende det ikke "ser" fotoner med en viss frekvens, noe som vil gjøre dem praktisk talt usynlige for atomet. Til slutt, ved å kombinere alle disse løsningene sekvensielt, vil forskere kunne teste Unruh-effekten ved en spesifikk lysfrekvens.
Hva er bunnlinjen?
Å bringe eksperimentet til live vil ikke være lett. Forskere skal bygge en laboratoriepartikkelakselerator som vil akselerere et elektron til lysets hastighet ved å bestråle det med en mikrobølgestråle. Hvis de oppdager effekten, vil de utføre eksperimenter med den som vil finne en sammenheng mellom Einsteins teori om relativitetsteori og kvantemekanikk. Dette er et av de største problemene i fysikk. I tillegg, ved å observere Unruh-effekten, vil forskere bekrefte Hawkings riktighet om sorte hull.
Les mer:
"Dette er science fiction": forskere lager en fundamentalt ny type kvantedatamaskiner
Det er laget en ultrarask kvantedatamaskin som utfører en operasjon på 6,5 nanosekunder
Hva er supergener og hvordan gjør de dyr så rare