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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

2022-07-20 15:15          粒子加速器

插图:卡尔·古斯塔夫森

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前所未见的辐射可见。新描述的特性意味着观察辐射(称为安鲁效应)可能发生在桌面实验室实验中。

理论上,自然界中的安鲁效应需要大量的加速度才能可见,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。但由于最近取得的进展,在实验室实验中见证安鲁效应可能是可行的。

在这项新研究中,一组科学家描述了量子场的两个以前未知的方面,这可能意味着可以直接观察到安鲁效应。首先是效果可以被激发,这意味着通常较弱的效果可以在某些条件下被诱使变得更加明显。第二个现象是充分激发的加速原子可以变得透明。该团队的研究于今年春天发表在《物理评论快报》上。

Unruh 效应(或 Fulling-Davies-Unruh 效应,以 1970 年代首次提出其存在的物理学家的名字命名)是根据量子场论预测的现象,它表明一个实体(无论是粒子还是宇宙飞船) ) 在真空中加速会发光——尽管任何不在真空中加速的外部观察者都看不到这种辉光。

滑铁卢大学物理学家、该研究的主要作者芭芭拉·索达在视频通话中说:“加速度引起的透明度意味着,由于其运动的性质,它使安鲁效应探测器对日常转换透明。”与 Gizmodo。正如黑洞在引力吸引粒子时会发出霍金辐射一样,物体在太空中加速时也会发出安鲁效应。

从未直接观察到安鲁效应有几个原因。一方面,这种效果需要大量的线性加速度才能发生;为了达到 1 开尔文的温度,加速观察者会看到辉光,观察者必须以100千亿米每秒平方的速度加速。安鲁效应的辉光是热的;如果一个物体加速得更快,辉光的温度会更高。

已经提出了以前观察安鲁效应的方法。但是这个团队认为他们有一个令人信服的机会来观察这种效应,这要归功于他们对量子场特性的发现。

麻省理工学院物理学家、最近工作的合著者 Vivishek Sudhir 说:“我们希望建立一个可以明确检测 Unruh 效应的专用实验,然后为研究各种相关方面提供一个平台。” “明确是这里的关键形容词:在粒子加速器中,实际上是一堆被加速的粒子,这意味着从一堆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。”

“从某种意义上说,”Sudhir 总结道,“我们需要更精确地测量一个公认的单一加速粒子的特性,这不是粒子加速器的用途。”

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。

图片:EHT 合作

他们提出的实验的本质是在实验室环境中刺激安鲁效应,使用原子作为安鲁效应检测器。通过用光子轰击单个原子,该团队会将粒子提升到更高的能量状态,并且其加速引起的透明度将使粒子对任何会混淆 Unruh 效应存在的日常噪音进行静音。

Šoda 说,通过用激光刺激粒子,“你会增加看到 Unruh 效应的概率,并且概率会随着你在场中的光子数量而增加。” “而且这个数字可能很大,具体取决于您拥有的激光强度。” 换句话说,因为研究人员可以用数万亿光子撞击 粒子,所以他们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类似于霍金辐射,研究人员认为他们最近描述的两种量子场特性可能用于激发霍金辐射并暗示重力诱导透明度的存在。由于从未观察到霍金辐射,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 Unruh 效应不能在实验室环境中直接观察到——研究人员的下一步,这些发现就没有多大意义。然而,究竟何时 进行该实验仍有待观察。

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