Các Nhà Nghiên Cứu Đề Xuất Phương Pháp Siêu Bức Xạ để Kiểm Chứng Thực Nghiệm Hiệu Ứng Unruh

Một tập đoàn nghiên cứu quốc tế đã phát triển một khuôn khổ thử nghiệm mới mẻ, được thiết kế để đưa Hiệu ứng Unruh được dự đoán về mặt lý thuyết vào lĩnh vực xác minh thực nghiệm. Cách tiếp cận này, được trình bày chi tiết trong một đề xuất năm 2025, tập trung vào việc khai thác hiện tượng siêu bức xạ (superradiance) bên trong các khoang quang học Fabry-Pérot được chế tạo chính xác. Thử thách cốt lõi trong việc quan sát Hiệu ứng Unruh—sự cảm nhận chân không lượng tử như một bể nhiệt bởi một quan sát viên đang tăng tốc—trong lịch sử luôn là yêu cầu về gia tốc. Gia tốc cần thiết phải sánh ngang với gia tốc gần chân trời sự kiện của lỗ đen, một ngưỡng từng được coi là không thể đạt được đối với các thí nghiệm trên Trái Đất. Hiệu ứng Unruh, được William Unruh dự đoán vào năm 1976, là một dự đoán lý thuyết nổi tiếng nhưng chưa được kiểm chứng trong lý thuyết trường lượng tử và thuyết tương đối rộng.

Phương pháp luận được đề xuất đã biến đổi rào cản quan sát này bằng cách sử dụng siêu bức xạ. Siêu bức xạ là một quá trình trong đó các nguyên tử đặt gần nhau cùng nhau phát ra một chùm ánh sáng đồng bộ, cường độ cao, một khái niệm lần đầu tiên được Robert Dicke dự đoán vào những năm 1950. Sự đổi mới quan trọng nằm ở việc sử dụng thời điểm chính xác của chớp siêu bức xạ này như một dấu hiệu có thể đo lường. Khi các nguyên tử chịu tác động của nhiễu loạn nhiệt mờ nhạt do Hiệu ứng Unruh gây ra, sự phát xạ của chớp sáng được dự đoán sẽ xảy ra sớm hơn một chút. Sự dịch chuyển thời gian nhỏ bé này cung cấp một dấu hiệu riêng biệt mà các nhà nghiên cứu tin rằng có thể tách biệt hiệu quả tín hiệu Unruh khỏi nhiễu nền lan tỏa.

Điều tra viên chính Akhil Deswal từ Viện Giáo dục và Nghiên cứu Khoa học Ấn Độ (IISER) Mohali, cùng với Navdeep Arya của Đại học Stockholm, Kinjalk Lochan và Sandeep K. Goyal, đã công bố giao thức thử nghiệm của họ trên tạp chí danh tiếng Physical Review Letters. Kiến trúc thử nghiệm dựa trên các khoang quang học Fabry-Pérot. Các khoang này sử dụng hai gương song song, có độ phản xạ cao để khuếch đại sự phát xạ siêu bức xạ, đồng thời cung cấp khả năng triệt tiêu mạnh mẽ các nguồn nhiễu ngoại lai. Thiết lập kỹ thuật này là yếu tố then chốt để phát hiện các hiệu ứng tinh tế được William Unruh xây dựng vào năm 1976, người đã liên kết gia tốc với nhiệt độ cảm nhận được.

Công trình nghiên cứu này tạo ra một sự khác biệt đáng kể so với các ràng buộc lý thuyết trước đây, bởi vì độ lớn gia tốc yêu cầu thấp hơn nhiều bậc so với những gì trước đây được cho là cần thiết để tạo ra bất kỳ tín hiệu có thể đo lường nào. Việc xác nhận Hiệu ứng Unruh trong một thiết lập phòng thí nghiệm có kiểm soát sẽ cung cấp một cửa sổ trên mặt đất để quan sát các hiện tượng trước đây chỉ giới hạn trong môi trường vũ trụ cực đoan, qua đó bắc cầu giữa cơ học lượng tử, nhiệt động lực học và thuyết tương đối rộng.

Khả năng xác minh thực nghiệm Hiệu ứng Unruh, vốn giả định rằng định nghĩa về chân không lượng tử phụ thuộc vào đường đi của quan sát viên, sẽ xác thực một nguyên lý cốt lõi của vật lý hiện đại liên quan đến các hệ quy chiếu phi quán tính. Nhóm nghiên cứu kết luận rằng việc quan sát dấu hiệu thời gian cụ thể này mở ra cánh cửa để nghiên cứu các hiện tượng lượng tử chịu ảnh hưởng của trọng lực trong các điều kiện có thể kiểm soát được, không cần đến môi trường vũ trụ.