Ученые из Стокгольмского университета и Индийского института научного образования и исследований (IISER) Мохали предложили реалистичную стратегию для наблюдения одного из самых необычных явлений современной физики – эффекта Унру. Этот эффект предсказывает, что ускоряющийся объект будет ощущать пустое пространство как слегка теплое. Однако на практике создание достаточного ускорения для прямого нагрева значительно превосходит возможности лабораторных экспериментов. Вместо этого исследователи описывают, как этот чрезвычайно слабый эффект можно преобразовать в отчетливую, точно синхронизированную вспышку света.
Основную экспериментальную установку представить проще, чем лежащую в ее основе физику. Рассматривается набор атомов, помещенных между двумя параллельными зеркалами. Эти зеркала способны влиять на скорость высвобождения света атомами. При определенных условиях атомы перестают действовать независимо и вместо этого излучают свет совместно, подобно хору, поющему в унисон – значительно громче, чем отдельные певцы. Это явление известно как суперизлучение, или суперрадиация.
Согласно новой работе, если атомы испытывают тонкое тепло, связанное с эффектом Унру, это влияние мягко изменяет их поведение. В результате коллективная вспышка света происходит немного раньше, чем она произошла бы, если бы атомы не ускорялись. Такое опережение во времени становится четким и измеримым признаком эффекта Унру.
«Мы нашли способ превратить шепот эффекта Унру в крик», – прокомментировал Ахыл Десвал, аспирант IISER Мохали. «Используя тщательно расположенные высококачественные зеркала, мы делаем обычные фоновые сигналы тише, в то время как вызванная ускорением вспышка появляется раньше и чисто». Важное преимущество этого подхода заключается в том, что он значительно уменьшает необходимую величину ускорения. Без высококачественных зеркал требуемое ускорение было бы намного больше и выходило бы за пределы практических возможностей.
«Время – это ключ», – добавил Навдип Арья, постдокторский исследователь из Стокгольмского университета. «Хор атомов не только звучит громче, но и «кричит» раньше, если чувствует слабое тепло пустого пространства, связанное с эффектом Унру. Этот простой, похожий на часы маркер может облегчить отделение сигнала Унру от повседневного шума». Фокусируясь на моменте появления света, а не на его интенсивности, метод предлагает новый способ выделить желаемый сигнал из фоновых эффектов, которые обычно его заглушают.
Решая проблему обнаружения, которая десятилетиями бросала вызов физикам, это предложение помогает сократить разрыв между стандартным лабораторным оборудованием и явлениями, обычно связанными с экстремальными условиями. Поскольку ускорение и гравитация тесно связаны, подобные методы, основанные на временных сдвигах, в конечном итоге могут позволить ученым изучать тонкие квантовые эффекты, вызванные гравитацией, – прямо в лабораторных условиях. Работа, написанная в соавторстве с Кинджалком Лочаном и Сандипом К. Гойалом из IISER Мохали, опубликована в журнале Physical Review Letters.
