Naukowcy proponują metodę superradiacji do eksperymentalnej weryfikacji efektu Unruha

Międzynarodowe konsorcjum naukowców ogłosiło opracowanie nowatorskiego planu eksperymentalnego, którego celem jest przeniesienie teoretycznie przewidzianego efektu Unruha do sfery weryfikacji empirycznej. To przełomowe podejście, szczegółowo opisane w propozycji badawczej datowanej na 2025 rok, koncentruje się na wykorzystaniu zjawiska superradiacji w precyzyjnie skonstruowanych wnękach optycznych typu Fabry’ego-Pérota. Efekt Unruha, sformułowany przez fizyka Williama Unruha w 1976 roku, jest kluczową, choć dotychczas niepotwierdzoną, prognozą w ramach kwantowej teorii pola i ogólnej teorii względności.

Zgodnie z tą teorią, obserwator poruszający się z przyspieszeniem postrzega próżnię kwantową nie jako pustkę, lecz jako kąpiel termiczną. Historycznym utrudnieniem w obserwacji efektu Unruha była konieczność osiągnięcia przyspieszeń porównywalnych z tymi, które występują w pobliżu horyzontu zdarzeń gwiezdnej czarnej dziury. Ten ekstremalny próg był dotychczas uznawany za nieosiągalny w ramach eksperymentów prowadzonych w warunkach laboratoryjnych na Ziemi. Nowa metodologia radykalnie zmienia ten paradygmat obserwacyjny, wykorzystując zjawisko superradiacji, aby ominąć potrzebę ekstremalnie wysokich przyspieszeń.

Superradiacja, której teoretyczne podstawy położył Robert Dicke w latach 50. XX wieku, jest procesem, w którym gęsto upakowane atomy emitują intensywny, zsynchronizowany impuls świetlny w wyniku kooperacyjnej interakcji. Kluczowa innowacja w proponowanym protokole badawczym polega na wykorzystaniu precyzyjnego pomiaru czasu wystąpienia tego błysku superradiacyjnego jako jednoznacznego wskaźnika. Naukowcy przewidują, że gdy atomy zostaną poddane bardzo słabemu zaburzeniu termicznemu, które jest indukowane przez efekt Unruha, emisja błysku nastąpi minimalnie wcześniej.

Ta subtelna, lecz mierzalna, zmiana czasowa stanowi wyraźny marker. Umożliwia on badaczom efektywne oddzielenie pożądanego sygnału Unruha od wszechobecnego szumu tła, który tradycyjnie maskowałby tak delikatne zjawisko. Protokół ten został opublikowany w cenionym czasopiśmie naukowym Physical Review Letters.

Wśród autorów znaleźli się główny badacz Akhil Deswal z Indyjskiego Instytutu Edukacji i Badań Naukowych (IISER) Mohali, Navdeep Arya z Uniwersytetu Sztokholmskiego, a także Kinjalk Lochan i Sandeep K. Goyal. Architektura eksperymentalna, którą zaproponowali, opiera się na zastosowaniu wnęk optycznych Fabry’ego-Pérota. Wnęki te wykorzystują parę wysoce odbijających, równoległych luster, które pełnią podwójną funkcję: wzmacniają emisję superradiacyjną i jednocześnie zapewniają skuteczne tłumienie wszelkich zewnętrznych źródeł zakłóceń. Taka precyzyjna konfiguracja jest niezbędna do wykrycia subtelnych zależności sformułowanych przez Williama Unruha w 1976 roku, które ustanawiają związek między przyspieszeniem a postrzeganą temperaturą.

Praca ta oznacza istotne odejście od dotychczasowych ograniczeń teoretycznych, ponieważ wielkość wymaganego przyspieszenia jest teraz o rzędy wielkości niższa niż ta, którą wcześniej uważano za niezbędną do uzyskania jakiegokolwiek mierzalnego rezultatu. Potwierdzenie efektu Unruha w kontrolowanym środowisku laboratoryjnym zapewniłoby naziemny wgląd w zjawiska, które do tej pory były domeną ekstremalnych środowisk kosmologicznych, łącząc mechanikę kwantową, termodynamikę oraz ogólną teorię względności. Eksperymentalna weryfikacja efektu, który zakłada, że definicja próżni kwantowej jest zależna od ścieżki obserwatora, potwierdziłaby kluczową zasadę współczesnej fizyki dotyczącą układów nieinercjalnych. Zespół badawczy konkluduje, że obserwacja tego czasowego markera otwiera drogę do badania zjawisk kwantowych pod wpływem grawitacji w warunkach kontrolowanych i niekosmologicznych.