Pesquisadores da Universidade de Chicago (UChicago) relataram recentemente uma observação experimental de um campo de matéria com flutuações térmicas que está de acordo com as previsões de radiação de Unruh. Seu artigo, publicado na Nature Physics, poderia abrir novas possibilidades de pesquisa explorando a dinâmica dos sistemas quânticos em um espaço-tempo curvo.
“Nossa equipe da UChicago vem investigando um novo fenômeno quântico chamado fogos de artifício Bose, que descobrimos há dois anos”, disse Cheng Chin, um dos pesquisadores que realizou o estudo, à Phys.org. “Nosso trabalho relata sua conexão oculta com um fenômeno gravitacional chamado radiação Unruh.”
O efeito Unruh, ou radiação Unruh, está intimamente ligado à radiação de Hawking. Em 1974, o físico teórico Stephen Hawking previu que a forte força gravitacional perto dos buracos negros leva à emissão de uma radiação térmica de partículas, que se assemelha à onda de calor emitida por um forno. Este fenômeno permanece especulativo sem confirmação experimental direta.
Alguns anos depois, em 1976, o físico William Unruh levantou a hipótese de que uma pessoa poderia observar a mesma radiação quando está se movendo com uma alta aceleração. A equivalência entre a radiação Hawking e Unruh é baseada no princípio de equivalência de Einstein, que agora foi confirmado por muitos experimentos.
Apesar das previsões de Unruh, ninguém ainda observou a radiação Unruh, o que não é surpreendente, já que esse fenômeno é particularmente difícil de capturar. De fato, uma pessoa precisaria suportar uma força G de 25 bilhões de bilhões (25 * 1018) para ver uma radiação fraca de 1 Kelvin. Este é um número surpreendente quando se considera que, por exemplo, a força-G experimentada por um piloto de caça a jato não é mais do que 10.
“Em nosso laboratório, simulamos a física Unruh modulando precisamente um condensado de Bose-Einstein com o campo magnético”, disse Chin. “Mesmo que a nossa amostra não esteja em movimento, a modulação tem o mesmo efeito de aumentar a amostra para um quadro de referência acelerado. Observamos a radiação a 2 micro-Kelvin e a medição concorda perfeitamente com a previsão do Unruh e confirma a natureza quântica da amostra. campo de radiação “.
Em seu experimento, Chin e seus colegas prepararam 60.000 átomos de césio e os resfriaram para cerca de 10 nano-Kelvin, em seguida, iniciaram a modulação do campo magnético. Alguns milissegundos após a modulação, eles observaram uma emissão térmica de átomos em todas as direções. Para confirmar a distribuição térmica dos átomos, os pesquisadores coletaram um número maior de amostras e mostraram que o número de átomos varia precisamente de acordo com a distribuição térmica de Boltzmann.
“As temperaturas que extraímos das imagens concordam perfeitamente com a previsão de Unruh”, disse Chin. “Além da distribuição térmica, também observamos a coerência espacial e temporal da emissão da onda de matéria. A coerência é a marca registrada da mecânica quântica e revela que a radiação Unruh se origina da mecânica quântica. Isso contrasta com as fontes clássicas de radiação térmica.” , como um forno ou luz solar, que vêm do equilíbrio térmico “.
Essencialmente, Chin e seus colegas observaram um campo de ondas de matéria usando uma estrutura para simulações de física quântica em estruturas não inerciais. Eles observaram que as flutuações dessa onda de matéria, bem como a coerência de fase de longo alcance e sua coerência temporal estão alinhadas com as previsões de Unruh.
O estudo realizado pela equipe da UChicago foi financiado pela National Science Foundation, pelo Army Research Office e pelo Chicago MRSEC. No futuro, suas observações poderiam ter implicações importantes para o estudo de fenômenos quânticos em um espaço-tempo curvo.
“Nosso método se aplica a estados quânticos genéricos em referenciais não-inerticos. Em nosso trabalho futuro, desejamos identificar novos fenômenos quânticos em espaços-tempos curvos”, disse Chin. “Tem havido muita discussão se a relatividade geral de Einstein é compatível com a mecânica quântica. Há propostas, especulações e até paradoxos, e desejamos realizar experimentos que possam ajudar a entender melhor como a mecânica quântica trabalha em espaços-tempos curvos”.
Publicado em 09/06/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-06-quantum-simulation-unruh.html e https://www.nature.com/articles/s41567-019-0537-1
