Des chercheurs proposent une méthode par superradiance pour vérifier expérimentalement l'effet Unruh

Un consortium international de chercheurs a élaboré un nouveau plan expérimental visant à transposer l'effet Unruh, jusqu'alors purement théorique, dans le domaine de la vérification empirique. Ce protocole, détaillé dans une proposition datée de 2025, repose sur l'exploitation du phénomène de superradiance au sein de cavités optiques de Fabry-Pérot conçues avec précision. L'effet Unruh, postulé par William Unruh en 1976, stipule qu'un observateur soumis à une accélération perçoit le vide quantique comme un bain thermique. Historiquement, le principal obstacle à l'observation de cet effet résidait dans la nécessité d'atteindre des niveaux d'accélération comparables à ceux rencontrés près de l'horizon des événements d'un trou noir stellaire, un seuil jugé irréalisable pour toute expérimentation terrestre. Cette prédiction demeure un pilier non vérifié de la théorie quantique des champs et de la relativité générale.

La méthodologie proposée permet de contourner cet écueil observationnel majeur en mobilisant la superradiance. Ce processus, dont le concept fut initialement prédit par Robert Dicke dans les années 1950, implique que des atomes très rapprochés émettent collectivement un éclair de lumière intense et synchronisé. L'innovation fondamentale réside dans l'utilisation du moment précis de cet éclair superradiant comme signature mesurable. Lorsque les atomes sont soumis à la faible perturbation thermique induite par l'effet Unruh, l'émission de l'éclair devrait se produire légèrement plus tôt que prévu. Ce décalage temporel minime constitue, selon les chercheurs, un marqueur distinctif capable de séparer efficacement le signal Unruh recherché du bruit de fond ambiant.

Le protocole détaillé a été publié dans la revue scientifique de renom, Physical Review Letters. L'équipe de recherche était menée par l'investigateur principal Akhil Deswal de l'Institut indien d'éducation et de recherche scientifique (IISER) Mohali, en collaboration avec Navdeep Arya de l'Université de Stockholm, ainsi que Kinjalk Lochan et Sandeep K. Goyal. L'architecture expérimentale repose sur l'utilisation des cavités optiques de Fabry-Pérot. Ces dispositifs intègrent deux miroirs parallèles hautement réfléchissants, dont la fonction est double : amplifier l'émission superradiante tout en assurant une suppression robuste des sources de bruit parasites. Cette configuration est essentielle pour isoler les effets subtils théorisés par William Unruh en 1976, qui établissait un lien direct entre l'accélération et la température perçue par l'observateur.

Ce travail représente une avancée significative par rapport aux contraintes théoriques antérieures, car l'amplitude d'accélération requise est désormais inférieure de plusieurs ordres de grandeur à ce qui était jugé nécessaire pour obtenir un signal mesurable. La confirmation de l'effet Unruh dans un environnement de laboratoire contrôlé offrirait une perspective terrestre sur des phénomènes jusqu'alors cantonnés aux environnements cosmologiques extrêmes. Une telle validation permettrait de jeter un pont essentiel entre la mécanique quantique, la thermodynamique et la relativité générale. L'effet Unruh postule que la définition du vide quantique dépend du trajet de l'observateur. Par conséquent, la vérification expérimentale de ce phénomène validerait un principe fondamental de la physique moderne concernant les référentiels non inertiels. L'équipe conclut que l'observation de ce marqueur temporel ouvre la voie à l'étude des phénomènes quantiques influencés par la gravité dans des conditions contrôlables et non cosmologiques.