Μια ερευνητική ομάδα από το Hiroshima University ανακοίνωσε πως έχει καταφέρει να σχεδιάσει μια μέθοδο που μπορεί, για πρώτη φορά, να κάνει ανιχνεύσιμο ένα φαινόμενο που μέχρι σήμερα ανήκε στη σφαίρα της θεωρίας: το λεγόμενο Unruh effect (φαινόμενο Ούνρουχ). Η ανακάλυψη αυτή υπόσχεται όχι μόνο να επιβεβαιώσει μια από τις πιο εντυπωσιακές προβλέψεις της σύγχρονης φυσικής, αλλά και να ανοίξει τον δρόμο για τεχνολογίες που βασίζονται σε αρχές της κβαντομηχανικής.
Το Unruh effect, γνωστό και ως Fulling-Davies-Unruh effect, συνδυάζει με τρόπο εντυπωσιακό δύο θεμέλιους λίθους της Φυσικής: τη θεωρία της σχετικότητας του Albert Einstein και την κβαντική θεωρία. Σύμφωνα με την κβαντική μηχανική, το κενό δεν είναι ποτέ πραγματικά άδειο. Αντιθέτως, σφύζει από μικροσκοπικές διακυμάνσεις ενέργειας, όπου σωματίδια και αντισωμάτια εμφανίζονται και εξαφανίζονται στιγμιαία. Αυτό που καθιστά το Unruh effect μοναδικό είναι ότι η αντίληψη αυτών των διακυμάνσεων εξαρτάται από την κίνηση του παρατηρητή: κάποιος που βρίσκεται ακίνητος δεν θα δει τίποτα, αλλά ένας παρατηρητής που επιταχύνεται θα «δει» τα φευγαλέα αυτά σωματίδια ως πραγματικά, με μια θερμική κατανομή ενέργειας. Με άλλα λόγια, η ίδια η επιτάχυνση δημιουργεί μια αίσθηση «κβαντικής θερμότητας».
Ο Noriyuki Hatakenaka, ομότιμος καθηγητής στο Hiroshima University, εξήγησε ότι το αποτέλεσμα αυτό δείχνει με σαφήνεια πόσο στενή είναι η σχέση ανάμεσα στη σχετικότητα και την κβαντική μηχανική. Αν επιβεβαιωθεί πειραματικά, δεν θα αποτελέσει απλώς μια γέφυρα ανάμεσα σε δύο θεωρίες, αλλά και ένα παράθυρο για βαθύτερη κατανόηση της φύσης του ίδιου του χωροχρόνου. Ωστόσο, η παρατήρηση του φαινομένου έχει αποδειχθεί τρομερά δύσκολη.
Το βασικό εμπόδιο ήταν πάντα οι εξωπραγματικές επιταχύνσεις που απαιτούνται για να γίνει το φαινόμενο μετρήσιμο. Όπως τόνισε η Haruna Katayama, επίκουρη καθηγήτρια στο ίδιο πανεπιστήμιο, οι τιμές φτάνουν το ασύλληπτο μέγεθος των 10²⁰ μέτρων ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο, κάτι αδύνατο να επιτευχθεί με τα σημερινά μέσα σε γραμμικά συστήματα. Αυτό έκανε τους περισσότερους επιστήμονες να θεωρούν ότι η πειραματική απόδειξη του Unruh effect ίσως δεν θα ήταν ποτέ δυνατή.
Η ομάδα του Hiroshima University, ωστόσο, προτείνει έναν διαφορετικό δρόμο. Χρησιμοποιώντας υπεραγώγιμες διασυνδέσεις Josephson, μικροσκοπικά ηλεκτρονικά κυκλώματα που επιτρέπουν την κβαντική συμπεριφορά του ρεύματος, κατάφεραν να σχεδιάσουν ένα πείραμα όπου η κυκλική κίνηση ζευγών φλαξονίων - αντιφλαξονίων μπορεί να δημιουργήσει επιταχύνσεις τεράστιες, αλλά εφικτές. Με ακτίνες κυκλωμάτων σε νανοκλίμακα, οι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι μπορούν να φτάσουν σε θερμοκρασίες Unruh μερικών βαθμών Kelvin, αρκετά υψηλές ώστε να καταγραφούν με υπάρχουσα τεχνολογία.
Το πιο εντυπωσιακό στοιχείο αυτής της προσέγγισης είναι το ξεκάθαρο αποτύπωμα που αφήνει το φαινόμενο. Η «κβαντική θερμότητα» που προκαλείται από την επιτάχυνση οδηγεί σε διαχωρισμό των φλαξονίων - αντιφλαξονίων, γεγονός που εκδηλώνεται με μια απότομη, μετρήσιμη άνοδο της τάσης στο κύκλωμα. Αυτά τα άλματα στην τάση λειτουργούν ως αδιαμφισβήτητο σήμα παρουσίας του Unruh effect. Επιπλέον, με τη στατιστική ανάλυση της συχνότητας και της κατανομής αυτών των αλμάτων, οι ερευνητές μπορούν να υπολογίσουν με ακρίβεια τη θερμοκρασία Unruh.
«Αυτό που μας εξέπληξε περισσότερο είναι ότι απειροελάχιστες κβαντικές διακυμάνσεις μπορούν να προκαλέσουν μακροσκοπικές μεταβολές, όπως αυτές οι ξαφνικές αυξήσεις τάσης. Πρόκειται για έναν καθαρό, πειστικό τρόπο να δούμε επιτέλους αυτό που μέχρι σήμερα ήταν μόνο μια θεωρητική πρόβλεψη», ανέφερε ο Hatakenaka.
Η Katayama πρόσθεσε ότι το επόμενο βήμα της ομάδας είναι να μελετήσει διεξοδικά τους μηχανισμούς αποσύνθεσης των ζευγών φλαξονίων - αντιφλαξονίων, δίνοντας ιδιαίτερη προσοχή στο φαινόμενο του μακροσκοπικού κβαντικού τούνελινγκ, το οποίο μπορεί να επιτρέψει σε σωματίδια να περάσουν μέσα από φραγμούς ενέργειας. Η καλύτερη κατανόηση αυτών των διαδικασιών θα βελτιώσει ακόμη περισσότερο τη μεθοδολογία ανίχνευσης.
Πέρα όμως από την ίδια την επιβεβαίωση του Unruh effect, το ενδιαφέρον της ομάδας στρέφεται και στις πιθανές συνέπειες. Η δυνατότητα σύνδεσης του φαινομένου με άλλα κβαντικά πεδία θα μπορούσε να συνεισφέρει στον διαχρονικό στόχο των φυσικών: την αναζήτηση μιας ενοποιημένης θεωρίας που θα περιγράφει όλους τους φυσικούς νόμους.
Επιπλέον, η τεχνογνωσία που αναπτύσσεται γύρω από αυτά τα υπερευαίσθητα συστήματα μπορεί να βρει εφαρμογές σε προηγμένα συστήματα κβαντικής ανίχνευσης και μέτρησης. Όπως υπογραμμίζουν οι ερευνητές, η εργασία τους δεν περιορίζεται στη θεμελιώδη φυσική, αλλά έχει τη δυναμική να οδηγήσει σε καινοτομίες που θα αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε και αξιοποιούμε την κβαντική πραγματικότητα.
[via]
