物理学家设计了一种在实验室中观察难以捉摸的“安鲁效应”的方法

霍金辐射的预测“表亲”可能会出现在你附近的桌面上。

物理学家设计了一种在实验室中观察难以捉摸的“安鲁效应”的方法

一组物理学家表示,他们发现了加速物质的两个特性,他们认为这可以使一种从未见过的辐射可见。新描述的特性意味着,观察这种被称为“安鲁效应(Unruh effect)”的辐射,将可以在一个桌面实验室的实验中实现。

理论上,自然界中的安鲁效应需要一个大到荒谬的加速度才能被看到,而且因为它只能从真空中加速物体的角度才能看到,所以基本上是不可能看到的。但由于最近的研究进展,在实验室实验中见证安鲁效应将会是可行的。

在这项新研究中,一组科学家描述了量子场两个之前未知的方面,这可能意味着安鲁效应可以直接观察到。首先,这种效应是可以被激发的,这意味着通常很弱的效应,可以在某些条件下变得更加明显。第二种现象是一个被充分激发的加速原子可以变得透明。这个团队的研究发表在今年春天的《物理评论快报》上。

安鲁效应(或称“傅苓-戴维斯-安鲁效应”,是以20世纪70年代首次提出其存在的物理学家命名的)是在量子场论下预测的一种现象,该理论指出,在真空中加速的实体(无论是粒子还是宇宙飞船)会发光 —— 尽管,这种发光不会被任何不在真空中加速的外部观察者所看到。

滑铁卢大学物理学家、该研究的主要作者芭芭拉·索达(Barbara Šoda,)说:“加速度诱导的透明度意味着,由于其运动的性质,它使安鲁效应探测器对日常转换透明。”这就像黑洞的引力吸引粒子时释放霍金辐射一样,物体在太空中加速时也会发出安鲁效应。

安鲁效应从未被直接观察到的原因有几个。首先,这种效应需要大量的线性加速度才会发生;要达到1开尔文的温度,在这个温度下加速的观测者会看到发光,观测者必须以每秒100.5亿米的速度加速。安鲁效应的辉光是热的,如果物体加速更快,辉光的温度就会更高。

前人曾提出过观察安鲁效应的方法。但这个团队认为,由于他们对量子场特性的发现,他们有一个令人信服的机会来观察这种效应。

麻省理工学院的物理学家、最近这项研究的合著者维维谢克·苏迪尔(Vivishek Sudhir)说:“我们希望建立一个专门的实验,可以明确地检测安鲁效应,然后为研究各种相关的方面提供一个平台。这里的关键形容词是“明确”:在粒子加速器中,实际上是一束束粒子被加速,这意味着,从一束粒子之间的各种相互作用中推断出极其微妙的安鲁效应,变得非常困难。

维维谢克·苏迪尔总结道,“在某种意义上,我们需要更精确地测量单一加速粒子的性质,而这并不是粒子加速器的目的。

物理学家设计了一种在实验室中观察难以捉摸的“安鲁效应”的方法

上图:霍金辐射预计将由黑洞发射,就像事件视界望远镜拍摄的这两个一样。

他们提出的实验的本质是在实验室环境中激发安鲁效应,使用原子作为安鲁效应探测器。通过用光子轰击单个原子,该团队将粒子提升到更高的能量状态,其加速度诱导的透明度将使粒子对任何日常噪声保持静音,这些噪声会混淆安鲁效应的存在。

维维谢克·苏迪尔表示,通过用激光刺激粒子,“你将增加看到安鲁效应的概率,而该概率会随着场中光子的数量而增加。这个数字可能很大,这取决于激光的强度。”换句话说,如果研究人员可以用一千万亿光子去撞击一个粒子,他们就将安鲁效应发生的可能性提高了15个数量级。

由于安鲁效应在许多方面与霍金辐射类似,研究人员相信他们最近描述的两个量子场特性可能会被用来刺激霍金辐射,并暗示引力诱导透明的存在。由于霍金辐射从未被观测到,解开安鲁效应可能是朝着更好地理解黑洞周围的理论辉光迈出的一步。

当然,如果在实验室环境中不能直接观察到安鲁效应,这些发现就没有那么重要了 —— 这是研究人员的下一步工作。不过,这项实验具体何时进行还有待观察。


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