O efeito Unruh conecta a teoria quântica e a relatividade. Até agora, não pôde ser medido. Uma nova ideia pode mudar isso.

O vácuo do espaço está realmente vazio? Não necessariamente. Este é um dos resultados estranhos obtidos ao conectar a teoria quântica e a teoria da relatividade:O efeito Unruh sugere que se você voar por um vácuo quântico com aceleração extrema, o vácuo não se parece mais com um vácuo:em vez disso, parece um banho quente cheio de partículas. Este fenômeno está intimamente relacionado à radiação Hawking dos buracos negros.

Uma equipe de pesquisa da TU Wien, o Centro Erwin Schrödinger para Ciência e Tecnologia Quântica (ESQ) e o Laboratório Black Hole da University of Nottingham em colaboração com a University of British Columbia mostraram que, em vez de estudar o espaço vazio no qual as partículas repentinamente se tornam visíveis ao acelerar, você pode criar uma nuvem bidimensional de átomos ultra-frios (condensado de Bose-Einstein) em que partículas de som, fônons, tornam-se audíveis para um observador acelerado no vácuo silencioso do fônon. O som não é criado pelo detector, em vez disso, está ouvindo o que está lá apenas por causa da aceleração (um detector não acelerado ainda não ouviria nada).

O vácuo está cheio de partículas

Uma das idéias básicas da teoria da relatividade de Albert Einstein é:Os resultados da medição podem depender do estado de movimento do observador. Quão rápido um relógio bate? Qual é o comprimento de um objeto? Qual é o comprimento de onda de um raio de luz? Não há uma resposta universal para isso, o resultado é relativo - depende de quão rápido o observador está se movendo. Mas e quanto à questão de saber se uma certa área do espaço está vazia ou não? Não deveriam dois observadores pelo menos concordar com isso?

Não - porque o que parece um vácuo perfeito para um observador pode ser um enxame turbulento de partículas e radiação para o outro. O efeito Unruh, descoberto em 1976 por William Unruh, diz que, para um observador fortemente acelerado, o vácuo tem uma temperatura. Isso se deve às chamadas partículas virtuais, que também são responsáveis ​​por outros efeitos importantes, como radiação Hawking, o que faz com que os buracos negros evaporem.

"Para observar o efeito Unruh diretamente, como William Unruh descreveu, é completamente impossível para nós hoje, "explica o Dr. Sebastian Erne, que veio da Universidade de Nottingham para o Instituto Atômico da Universidade de Tecnologia de Viena como bolsista do ESQ há alguns meses." Você precisaria de um dispositivo de medição acelerado até quase a velocidade da luz em um microssegundo para ver até mesmo um pequeno efeito Unruh - não podemos fazer isso. "No entanto, há outra maneira de aprender sobre esse estranho efeito:usando os chamados simuladores quânticos.

Simuladores quânticos

"Muitas leis da física quântica são universais. Pode-se comprovar que elas ocorrem em sistemas muito diferentes. Pode-se usar as mesmas fórmulas para explicar sistemas quânticos completamente diferentes, "diz Jörg Schmiedmayer da Universidade de Tecnologia de Viena." Isso significa que você pode frequentemente aprender algo importante sobre um sistema quântico particular estudando um sistema quântico diferente. "

"Simular um sistema com outro tem sido especialmente útil para entender os buracos negros, uma vez que buracos negros reais são efetivamente inacessíveis, "O Dr. Cisco Gooding, do laboratório Black Hole, enfatiza." Em contraste, buracos negros analógicos podem ser facilmente produzidos aqui mesmo no laboratório. "

Isso também é verdadeiro para o efeito Unruh:Se a versão original não pode ser demonstrada por razões práticas, então, outro sistema quântico pode ser criado e examinado para ver o efeito ali.

Nuvens atômicas e feixes de laser

Assim como uma partícula é uma "perturbação" no espaço vazio, há distúrbios no condensado de Bose-Einstein frio - pequenas irregularidades (ondas sonoras) que se espalham em ondas. Como agora foi mostrado, tais irregularidades devem ser detectadas com feixes de laser especiais. Usando truques especiais, o condensado de Bose-Einstein é minimamente perturbado pela medição, apesar da interação com a luz do laser.

Jörg Schmiedmayer explica:"Se você mover o feixe de laser, de modo que o ponto de iluminação se mova sobre o condensado de Bose-Einstein, que corresponde ao observador movendo-se no espaço vazio. Se você guiar o feixe de laser em movimento acelerado sobre a nuvem atômica, então você deve ser capaz de detectar distúrbios que não são vistos no caso estacionário - assim como um observador acelerado no vácuo perceberia um banho de calor que não existe para o observador estacionário. "

"Até agora, o efeito Unruh foi uma ideia abstrata, "diz a professora Silke Weinfurtner, que lidera o laboratório Black Hole da Universidade de Nottingham, "Muitos perderam a esperança de verificação experimental. A possibilidade de incorporar um detector de partículas em uma simulação quântica nos dará novos insights sobre modelos teóricos que de outra forma não seriam experimentalmente acessíveis."

O planejamento preliminar já está em andamento para realizar uma versão do experimento usando hélio superfluido na Universidade de Nottingham. "É possível, mas muito demorado e há obstáculos técnicos para superarmos, "explica Jörg Schmiedmayer." Mas seria uma maneira maravilhosa de aprender sobre um efeito importante que se pensava ser praticamente inobservável. "