Para los fanáticos de «Star Wars», las estrellas que se ven desde la cabina del Halcón Milenario mientras salta al hiperespacio es una imagen canónica. Pero, ¿qué vería realmente un piloto si pudiera acelerar a través del vacío del espacio en un instante? Según una predicción conocida como Efecto Unruh, es más probable que vea un brillo cálido.

Desde la década de 1970, cuando se propuso por primera vez, el efecto Unruh ha eludido la detección, principalmente porque la probabilidad de ver el efecto es muy pequeña y requiere enormes aceleraciones o enormes cantidades de tiempo de observación. Pero los investigadores del MIT y la Universidad de Waterloo creen que han encontrado una manera de aumentar significativamente las probabilidades de ver el efecto Unruh, que detallan en un estudio en el que aparecen Cartas de verificación física.

En lugar de observar el efecto espontáneamente, como otros han intentado en el pasado, el equipo propone estimular el fenómeno de una manera muy específica que mejora el efecto Unruh y suprime otros efectos competidores. Los investigadores comparan su idea con arrojar una capa de invisibilidad sobre otros fenómenos convencionales, que luego deberían revelar el efecto Unruh mucho menos obvio.

Si se puede realizar en un experimento práctico, este nuevo enfoque estimulado con una capa adicional de invisibilidad (o «transparencia inducida por aceleración», como se describe en la publicación) podría aumentar significativamente la probabilidad de observar el efecto Unruh. En lugar de esperar más de la edad del universo para que una partícula acelerada produzca un brillo cálido, como predice el efecto Unruh, el enfoque del equipo acortaría esa espera a unas pocas horas.

«Ahora, al menos, sabemos que hay una posibilidad en nuestra vida de ver este efecto», dice el coautor del estudio Vivishek Sudhir, profesor asistente de ingeniería mecánica del MIT que está diseñando un experimento para probar el efecto basado en la teoría del grupo de captura. «Es un experimento difícil y no hay garantía de que tengamos éxito, pero esta idea es nuestra mejor esperanza».

Los coautores del estudio también incluyen a Barbara Šoda y Achim Kempf de la Universidad de Waterloo.

conexión cercana

El efecto Unruh también se conoce como efecto Fulling-Davies Unruh, en honor a los tres físicos que lo propusieron originalmente. La predicción establece que un cuerpo que acelera a través del vacío debería sentir la presencia de radiación cálida solo como un efecto de la aceleración del cuerpo. Este efecto tiene que ver con las interacciones cuánticas entre la materia acelerada y las fluctuaciones cuánticas en el vacío del espacio vacío.

Para generar un brillo que pueda ser medido por detectores, un cuerpo como un átomo tendría que ser acelerado a la velocidad de la luz en menos de una millonésima de segundo. Tal aceleración correspondería a una fuerza G de un cuatrillón de metros por segundo cuadrado (un piloto de combate normalmente experimenta una fuerza G de 10 metros por segundo cuadrado).

«Para ver este efecto en un corto período de tiempo, tendrías que tener una aceleración increíble», dice Sudhir. «Si tuvieras una aceleración razonable, tendrías que esperar una enorme cantidad de tiempo, más que la edad del universo, para ver un efecto medible».

Entonces, ¿cuál sería el punto? Por un lado, dice que observar el efecto Unruh sería una confirmación de las interacciones cuánticas fundamentales entre la materia y la luz. Y segundo, la evidencia podría representar un espejo del efecto Hawking, una sugerencia del físico Stephen Hawking, quien predice un brillo térmico similar, o «radiación de Hawking», a partir de las interacciones de la luz y la materia en un campo gravitatorio extremo, como alrededor de un calabozo.

«Existe una estrecha conexión entre el efecto Hawking y el efecto Unruh: son exactamente los efectos complementarios entre sí», dice Sudhir, quien agrega que si observas el efecto Unruh, «habrías observado un mecanismo que es común a ambos efectos».

Una red transparente

Se predice que el efecto Unruh ocurrirá espontáneamente en el vacío. De acuerdo con la teoría del campo cuántico, un vacío no es solo un espacio vacío, sino un campo de fluctuaciones cuánticas inestables, cada banda de frecuencia mide aproximadamente la mitad de un fotón de tamaño. Unruh predijo que un cuerpo acelerado a través del vacío debería amplificar estas fluctuaciones de una manera que produce un cálido brillo térmico de partículas.

En su estudio, los investigadores introdujeron un nuevo enfoque para aumentar la probabilidad del efecto Unruh al agregar luz a todo el escenario, un enfoque conocido como estimulación.

«Si agrega fotones al campo, agrega n veces más de estas fluctuaciones que este medio fotón que está en el vacío», explica Sudhir. «Entonces, si acelera a través de este nuevo estado del campo, esperaría ver efectos que también escalan N veces lo que vería solo en el vacío».

Sin embargo, además del efecto Unruh cuántico, los fotones adicionales también amplificarían otros efectos en el vacío, una gran desventaja que ha disuadido a otros cazadores de efectos Unruh de adoptar el enfoque de estimulación.

Sin embargo, Šoda, Sudhir y Kempf encontraron una solución a través de la «transparencia inducida por la aceleración», un concepto que presentan en el artículo. Demostraron teóricamente que si un cuerpo como un átomo pudiera acelerarse a lo largo de una trayectoria muy específica a través de un campo de fotones, el átomo interactuaría con el campo de tal manera que los fotones de una frecuencia específica serían esencialmente invisibles a la luz. Átomo.

«Cuando estimulamos el efecto Unruh, también estimulamos simultáneamente los efectos convencionales o resonantes, pero mostramos que esencialmente podemos desactivar estos efectos manipulando la trayectoria de la partícula», dice Šoda.

Al hacer que todos los demás efectos sean transparentes, los investigadores tienen una mejor oportunidad de medir los fotones, o la radiación térmica, que solo proviene del efecto Unruh, como predijeron los físicos.

Los investigadores ya tienen algunas ideas sobre cómo diseñar un experimento basado en su hipótesis. Planean construir un acelerador de partículas a escala de laboratorio capaz de acelerar un electrón a una velocidad cercana a la de la luz, que luego excitarían con un rayo láser en longitudes de onda de microondas. Están buscando formas de manipular el camino del electrón para suprimir los efectos clásicos mientras mejoran el escurridizo efecto Unruh.

«Ahora tenemos este mecanismo que parece amplificar estadísticamente este efecto con la estimulación», dice Sudhir. «Dados los 40 años de historia de este problema, ahora teóricamente hemos resuelto el mayor cuello de botella».

Esta investigación fue financiada en parte por el Consejo Nacional de Investigación en Ciencias e Ingeniería de Canadá, el Consejo de Investigación de Australia y un Premio de Investigación de la Facultad de Google.

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