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Des physiciens ont imaginé un moyen de voir «l’effet Unruh» insaisissable en laboratoire

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Illustration: Karl Gustavson

Une équipe de physiciens dit avoir ont découvert deux propriétés de la matière en accélération qui, selon eux, pourraient rendre visible un type de rayonnement jamais vu auparavant. Le nouvellement décrit signifient que l’observation du rayonnement – appelé effet Unruh – pourrait se produire dans une expérience de laboratoire sur table.

L’effet Unruh dans la nature nécessiterait théoriquement une quantité ridicule d’accélération pour être visibleet parce qu’il n’est visible que du point de vue de l’objet en accélération dans le vide, il est essentiellement impossible à voir. Mais grâce aux progrès récents, il pourrait être possible d’observer l’effet Unruh dans une expérience de laboratoire.

Dans la nouvelle recherche, une équipe de scientifiques décrit deux aspects jusque-là inconnus du champ quantique qui pourraient signifier que l’effet Unruh pourrait être directement observé. La première est que l’effet peut être stimulé, ce qui signifie que l’effet habituellement faible pourrait être incité à devenir plus visible dans certaines conditions. Le deuxième phénomène est qu’un atome accélérant suffisamment excité peut devenir transparent. Les recherches de l’équipe ont été publié ce printemps dans Physical Review Letters.

L’effet Unruh (ou l’effet Fulling-Davies-Unruh, ainsi nommé d’après les physiciens qui ont proposé son existence pour la première fois dans les années 1970) est un phénomène prédit par la théorie quantique des champs, qui stipule qu’une entité (qu’il s’agisse d’une particule ou d’un vaisseau spatial ) accélérant dans le vide brillera, bien que cette lueur le soit ‘t être visible à tout observateur externe n’accélérant pas également dans le vide.

“Ce que signifie la transparence induite par l’accélération, c’est qu’elle rend le détecteur d’effet Unruh transparent aux transitions quotidiennes, en raison de la nature de son mouvement”, a déclaré Barbara Šoda, physicienne à l’Université de Waterloo et auteur principal de l’étude, lors d’un appel vidéo. avec Gizmodo. Tout comme le rayonnement Hawking est émis par les trous noirs lorsque leur gravité attire les particules, l’effet Unruh est émis par les objets lorsqu’ils accélèrent dans l’espace.

Il y a plusieurs raisons pour lesquelles l’effet Unruh n’a jamais été observé directement. D’une part, l’effet nécessite une quantité ridicule d’accélération linéaire pour se produire; pour atteindre une température de 1 kelvin, à laquelle l’observateur en accélération verrait une lueur, l’observateur il faudrait accélérerà 100 quintillions de mètres par seconde au carré. La lueur de l’effet Unruh est thermique ; si un objet accélère plus vite, la température de la lueur sera plus chaud.

Méthodes précédentes pour observer l’effet Unruh ont été suggérés. Mais ça l’équipe pense avoir une chance convaincante d’observer l’effet, grâce à ses découvertes sur les propriétés du champ quantique.

“Nous aimerions construire une expérience dédiée qui puisse détecter sans ambiguïté l’effet Unruh, et fournir plus tard une plate-forme pour étudier divers aspects associés”, a déclaré Vivishek Sudhir, physicien au MIT et co-auteur des travaux récents. « Sans ambiguïté est l’adjectif clé ici : dans un accélérateur de particules, ce sont vraiment des groupes de particules qui sont accélérés, ce qui signifie qu’il devient très difficile de déduire l’effet Unruh extrêmement subtil à partir des diverses interactions entre les particules d’un groupe.

“Dans un sens”, a conclu Sudhir, “nous devons faire une mesure plus précise des propriétés d’une seule particule accélérée bien identifiée, ce qui n’est pas la raison pour laquelle les accélérateurs de particules sont faits.”

Le rayonnement de Hawking devrait être émis par des trous noirs, comme ces deux images du télescope Event Horizon.

Le rayonnement de Hawking devrait être émis par des trous noirs, comme ces deux images du télescope Event Horizon.
Image: Collaboration EHT

L’essence de leur expérience proposée est de stimuler l’effet Unruh dans un environnement de laboratoire, en utilisant un atome comme détecteur d’effet Unruh. En faisant exploser un seul atome avec des photons, l’équipe élèverait la particule à un état d’énergie plus élevé, et sa transparence induite par l’accélération couperait la particule de tout bruit quotidien qui masquerait la présence de l’effet Unruh.

En poussant la particule avec un laser, “vous augmenterez la probabilité de voir l’effet Unruh, et la probabilité est augmentée par le nombre de photons que vous avez dans le champ”, a déclaré Šoda. “Et ce nombre peut être énorme, selon la puissance du laser dont vous disposez. En d’autres termes, parce que les chercheurs pourraient frapper une particule avec un quadrillion photons, ils augmentent la probabilité que l’effet Unruh se produise de 15 ordres de grandeur.

Parce que l’effet Unruh est analogue au rayonnement Hawking à bien des égards, les chercheurs pensent que les deux propriétés de champ quantique qu’ils ont récemment décrites pourraient éventuellement être utilisées pour stimuler le rayonnement Hawking et impliquer l’existence d’une transparence induite par la gravité. Étant donné que le rayonnement Hawking n’a jamais été observé, le déballage de l’effet Unruh pourrait être un pas vers mieux comprendre la lueur théorique autour des trous noirs.

Bien sûr, ces résultats ne signifient pas autant si l’effet Unruh ne peut pas être directement observé en laboratoire – la prochaine étape des chercheurs. Exactement quand cette expérience sera menée, cependant, reste à voir.

Plus: Le trou noir du laboratoire montre que Stephen Hawking avait raison, évidemment

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