Експеримент, който прави атомите невидими, ще тества най-известната теория на Хокинг

Нов експеримент може най-накрая да предложи косвена проверка на най-известното предсказание на физика Стивън Хокинг за черните дупки. Ново откритие предполага, че правейки атома невидим, учените могат да зърнат квантовото сияние, което обвива обекти, движещи се с близка до светлинната със скорост. Научната статия е публикувана в Physical Review Letters, съобщава Live Science.

Физиците предлагат да се използва ефектът на Унру. Той ще доведе до това, че пространството около бързо ускоряващи се обекти ще изглежда запълнено с рояк от призрачни частици, които обгръщат тези обекти в топло сияние. Тъй като е тясно свързан с ефекта на Хокинг, при който частиците трябва да се появят спонтанно по краищата на черните дупки, учените отдавна се стремят да открият единия от тях, за да получат намек за съществуването на другия.

Но забелязването на някой от тези ефекти е изключително трудно. Лъчението на Хокинг се появява само около ужасяващата бездна на черна дупка, а за постигане на ускорението, необходимо за ефекта на Унру, ще е необходим двигател, който все още не е реалистичен.

Една нова революционна идея може да промени всичко. Нейните автори казват, че са открили механизъм, позволяващ драстично да се увеличи силата на ефекта на Унру, като направи материята невидима.

„Сега поне знаем, че през нашия живот има шанс да наблюдаваме този ефект“, казва Вивишек Судхир, асистент по машинно инженерство в Масачузетския технологичен институт (САЩ), един от авторите на изследването.

Стивън Хокинг предсказва, че екстремната гравитация, усещана по краищата на черните дупки, тоест на хоризонта на събитията, ще създава частици. Гравитацията, според общата теория на относителността на Айнщайн, изкривява пространство-времето. Поради странностите на квантовата механика колосалната сила на черна дупка създава неравномерни ивици от различно движещо се време и изблици на енергия. Именно това трябва да кара виртуалните частици да се появят привидно от нищото по краищата на черните дупки.

„Смята се, че черните дупки не са съвсем черни. Както е открил Стивън Хокинг, черните дупки трябва да изпускат лъчение“, казва водещият автор Барбара Шода от Университета на Ватерло (Канада).

Подобно на ефекта на Хокинг, ефектът на Унру също трябва да създава частици. Но в този случай те идват от скорости, близки до светлинната. Но скоростите, необходими за получаване на този ефект, далеч надхвърлят възможностите на всеки съществуващ ускорител на частици. За да се произведе светене, достатъчно горещо, за да бъде открито от съвременните детектори, атомът би трябвало да се ускори до скоростта на светлината за по-малко от милионна част от секундата.

„При нормално ускорение ще трябва да чакаме много време – повече от възрастта на Вселената“, каза Судхир.

Изследователите са предложили алтернатива. Атом, принуден да се движи във вакуум под въздействието на лазерна светлина с висок интензитет, теоретично може да предизвика ефекта на Унру дори при сравнително малки ускорения. Проблемът обаче е, че атомът може да взаимодейства със светлината на самия лазер, поглъщайки я, повишавайки енергийното ниво и в резултат отделяйки топлина, която ще заглуши топлината от ефекта на Унру.

Но учените са намерили още едно решение. Те са нарекли новия метод „прозрачност, предизвикана от ускорение“. Ако атомът е принуден да следва много специфичен път през полето от фотони, той няма да може да „вижда” фотони с определена честота, което ги прави прозрачни, невидими за него.

Прилагането на този план в действие няма да бъде лесна задача. Учените планират да изградят лабораторен ускорител на частици, който да ускорява електрона до скоростта на светлината, като го облъчва с микровълнов лазер. Ако ефектът бъде фиксиран, те планират да проведат с него експерименти. Особено важни са тези, които ще позволят изследване на връзките между теорията на относителността на Айнщайн и квантовата механика.

„Общата теория на относителността и теорията на квантовата механика в момента все още са донякъде в противоречие, но трябва да има обединяваща теория, която описва как работи всичко във Вселената“, казва съавторът Ахим Кемпф, професор по приложна математика в Университета на Ватерло.