(a) ilustra cómo se espera que emerja la radiación de Unruh en un marco acelerado. (b) muestra la imagen de nuestro experimento que simula la radiación de Unruh. Crédito:Hu et a.
Investigadores de la Universidad de Chicago (UChicago) han informado recientemente de una observación experimental de un campo de materia con fluctuaciones térmicas que está de acuerdo con las predicciones de radiación de Unruh. Su papel publicado en Física de la naturaleza , podría abrir nuevas posibilidades para la investigación que explore la dinámica de los sistemas cuánticos en un espacio-tiempo curvo.
"Nuestro equipo en UChicago ha estado investigando un nuevo fenómeno cuántico llamado fuegos artificiales de Bose que descubrimos hace dos años, "Cheng Chin, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Nuestro artículo informa de su conexión oculta con un fenómeno gravitacional llamado radiación Unruh".
El efecto Unruh, o radiación Unruh, está estrechamente relacionado con la radiación de Hawking. En 1974, El físico teórico Stephen Hawking predijo que la fuerte fuerza gravitacional cerca de los agujeros negros conduce a la emisión de una radiación térmica de partículas, que se asemeja a la ola de calor que emite un horno. Este fenómeno sigue siendo especulativo sin confirmación experimental directa.
Unos años despues, en 1976, El físico William Unruh planteó la hipótesis de que una persona podría observar la misma radiación cuando se mueve con una gran aceleración. La equivalencia entre la radiación de Hawking y Unruh se basa en el principio de equivalencia de Einstein, que ahora ha sido confirmado por muchos experimentos.
A pesar de las predicciones de Unruh, nadie ha observado aún la radiación de Unruh, lo cual no es de extrañar, ya que este fenómeno es particularmente difícil de capturar. De hecho, una persona necesitaría soportar una fuerza G de 25 billones de billones (25 * 10 18 ) para ver una radiación débil de 1 Kelvin. Este es un número asombroso si se considera que, por ejemplo, la fuerza G experimentada por un piloto de avión de combate no es más de 10.
"En nuestro laboratorio, simulamos la física de Unruh modulando con precisión un condensado de Bose-Einstein con el campo magnético, ", Dijo Chin." Incluso a través de nuestra muestra no se mueve, la modulación tiene el mismo efecto que impulsar la muestra a un marco de referencia acelerado. Observamos radiación a 2 micro-Kelvin, y la medición concuerda excelentemente con la predicción de Unruh y confirma la naturaleza cuántica del campo de radiación ".
En su experimento, Chin y sus colegas prepararon 60, 000 átomos de cesio y los enfriaron a unos 10 nano-Kelvin, luego comenzó la modulación del campo magnético. Unos milisegundos después de la modulación, observaron una emisión térmica de átomos en todas direcciones. Para confirmar la distribución térmica de los átomos, los investigadores recolectaron un mayor número de muestras y demostraron que el número de átomos fluctúa precisamente de acuerdo con la distribución térmica de Boltzmann.
"Las temperaturas que extrajimos de las imágenes concuerdan excelentemente con la predicción de Unruh, "Chin dijo." Además de la distribución térmica, también observamos la coherencia espacial y temporal de la emisión de ondas de materia. La coherencia es el sello distintivo de la mecánica cuántica y revela que la radiación de Unruh se origina en la mecánica cuántica. Esto contrasta fuertemente con las fuentes clásicas de radiación térmica, como un horno o la luz del sol, que provienen del equilibrio térmico ".
Esencialmente, Chin y sus colegas observaron un campo de ondas de materia utilizando un marco para simulaciones de física cuántica en marcos no inerciales. Observaron que las fluctuaciones de esta onda de materia, así como la coherencia de fase de largo alcance y su coherencia temporal están alineadas con las predicciones de Unruh.
El estudio realizado por el equipo de UChicago fue financiado por la National Science Foundation, Oficina de Investigación del Ejército y MRSEC de Chicago. En el futuro, sus observaciones podrían tener importantes implicaciones para el estudio de los fenómenos cuánticos en un espacio-tiempo curvo.
"Nuestro método se aplica a estados cuánticos genéricos en marcos de referencia no inerciales. En nuestro trabajo futuro, deseamos identificar nuevos fenómenos cuánticos en espaciotiempos curvos, "Dijo Chin." Ha habido mucha discusión sobre si la relatividad general de Einstein es compatible con la mecánica cuántica. Hay propuestas, especulaciones e incluso paradojas, y deseamos llevar a cabo experimentos que puedan ayudar a comprender mejor cómo funciona la mecánica cuántica en los espaciotiempos curvos ".
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