(a) ilustra como a radiação de Unruh deve emergir em um quadro de aceleração. (b) mostra a imagem de nosso experimento que simula a radiação de Unruh. Crédito:Hu et a.
Pesquisadores da Universidade de Chicago (UChicago) relataram recentemente uma observação experimental de um campo de matéria com flutuações térmicas que está de acordo com as previsões de radiação de Unruh. Seu papel, publicado em Física da Natureza , poderia abrir novas possibilidades para pesquisas que exploram a dinâmica dos sistemas quânticos em um espaço-tempo curvo.
"Nossa equipe em UChicago tem investigado um novo fenômeno quântico chamado fogos de artifício Bose, que descobrimos há dois anos, "Cheng Chin, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Nosso artigo relata sua conexão oculta a um fenômeno gravitacional chamado radiação de Unruh."
O efeito Unruh, ou radiação Unruh, está intimamente ligado à radiação Hawking. Em 1974, o físico teórico Stephen Hawking previu que a forte força gravitacional perto de buracos negros leva à emissão de uma radiação térmica de partículas, que se assemelha à onda de calor emitida por um forno. Este fenômeno permanece especulativo, sem confirmação experimental direta.
Alguns anos depois, em 1976, o físico William Unruh levantou a hipótese de que uma pessoa poderia observar a mesma radiação quando se move com alta aceleração. A equivalência entre a radiação Hawking e Unruh é baseada no princípio de equivalência de Einstein, o que agora foi confirmado por muitos experimentos.
Apesar das previsões de Unruh, ninguém ainda observou a radiação Unruh, o que não é surpreendente, como este fenômeno é particularmente difícil de capturar. Na verdade, uma pessoa precisaria suportar uma força G de 25 bilhões de bilhões (25 * 10 18 ) para ver uma radiação fraca de 1 Kelvin. Este é um número surpreendente considerando que, por exemplo, a força G experimentada por um piloto de caça a jato não é mais do que 10.
"Em nosso laboratório, simulamos a física de Unruh modulando com precisão um condensado de Bose-Einstein com o campo magnético, "Chin disse." Mesmo através de nossa amostra não está se movendo, a modulação tem o mesmo efeito que impulsionar a amostra para um quadro de referência em aceleração. Observamos radiação em 2 micro-Kelvin, e a medição concorda perfeitamente com a previsão do Unruh e confirma a natureza quântica do campo de radiação. "
Em seu experimento, Chin e seus colegas prepararam 60, 000 átomos de césio e resfriou-os a cerca de 10 nano-Kelvin, então começou a modulação do campo magnético. Alguns milissegundos após a modulação, eles observaram uma emissão térmica de átomos em todas as direções. Para confirmar a distribuição térmica dos átomos, os pesquisadores coletaram um número maior de amostras e mostraram que o número do átomo flutua precisamente de acordo com a distribuição térmica de Boltzmann.
"As temperaturas que extraímos das imagens concordam perfeitamente com a previsão de Unruh, "Chin disse." Além da distribuição térmica, também observamos a coerência espacial e temporal da emissão da onda de matéria. A coerência é a marca registrada da mecânica quântica e revela que a radiação Unruh se origina da mecânica quântica. Isso está em nítido contraste com as fontes clássicas de radiação térmica, como um forno ou luz solar, que vêm do equilíbrio térmico. "
Essencialmente, Chin e seus colegas observaram um campo de onda de matéria usando uma estrutura para simulações de física quântica em estruturas não inerciais. Eles observaram que as flutuações desta onda de matéria, assim como a coerência de fase de longo alcance e sua coerência temporal estão alinhadas com as previsões de Unruh.
O estudo realizado pela equipe da UChicago foi financiado pela National Science Foundation, Gabinete de Pesquisa do Exército e Chicago MRSEC. No futuro, suas observações podem ter implicações importantes para o estudo dos fenômenos quânticos em um espaço-tempo curvo.
"Nosso método se aplica a estados quânticos genéricos em referenciais não inerciais. Em nosso trabalho futuro, desejamos identificar novos fenômenos quânticos em espaços-tempos curvos, "Chin disse." Tem havido muita discussão se a relatividade geral de Einstein é compatível com a mecânica quântica. Existem propostas, especulações e até paradoxos, e desejamos realizar experimentos que podem ajudar a entender melhor como a mecânica quântica funciona em espaços-tempos curvos. "
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