Un nuevo experimento de velocidad warp podría finalmente ofrecer una prueba indirecta de la predicción más famosa del famoso físico Stephen Hawking sobre los agujeros negros.

La nueva propuesta sugiere que, al empujar un átomo para que se vuelva invisible, los científicos podrían vislumbrar el brillo cuántico etéreo que envuelve a los objetos que viajan a una velocidad cercana a la de la luz.

El efecto de brillo, llamado efecto Unruh (o Fulling-Davies-Unruh), hace que el espacio alrededor de los objetos que aceleran rápidamente aparentemente se llene con un enjambre de partículas virtuales, bañando esos objetos en un cálido resplandor. Como el efecto está estrechamente relacionado con el efecto Hawking, en el que partículas virtuales conocidas como radiación de Hawking aparecen espontáneamente en los bordes de los agujeros negros, los científicos han estado ansiosos por detectar uno como indicio de la existencia del otro.

Pero detectar cualquiera de los efectos es increíblemente difícil. La radiación de Hawking solo ocurre alrededor del aterrador precipicio de un agujero negro, y lograr la aceleración necesaria para el efecto Unruh probablemente necesitaría un motor warp. Ahora, una nueva propuesta innovadora, publicada en un estudio del 26 de abril en la revista Physical Review Letters , podría cambiar eso. Sus autores dicen que han descubierto un mecanismo para aumentar drásticamente la fuerza del efecto Unruh a través de una técnica que puede volver invisible  la materia de manera efectiva.

«Ahora, al menos, sabemos que existe una posibilidad en nuestras vidas de que podamos ver este efecto», dijo en un comunicado el coautor Vivishek Sudhir, profesor asistente de ingeniería mecánica en el MIT y diseñador del nuevo experimento . «Es un experimento difícil y no hay garantía de que podamos hacerlo, pero esta idea es nuestra esperanza más cercana».

Propuesto por primera vez por científicos en la década de 1970, el efecto Unruh es una de las muchas predicciones que surgen de la teoría cuántica de campos. Según esta teoría, no existe tal cosa como un vacío vacío. De hecho, cualquier bolsillo del espacio está repleto de infinitas vibraciones a escala cuántica que, si se les da suficiente energía, pueden estallar espontáneamente en pares de partículas y antipartículas que se aniquilan entre sí casi de inmediato. Y cualquier partícula, ya sea materia o luz, es simplemente una excitación localizada de este campo cuántico.

En 1974, Stephen Hawking predijo que la fuerza gravitacional extrema que se siente en los bordes de los agujeros negros, sus horizontes de sucesos, también crearía partículas virtuales.

La gravedad, según la teoría general de la relatividad de Einstein , distorsiona el espacio-tiempo , de modo que los campos cuánticos se distorsionan más cuanto más se acercan al inmenso tirón gravitacional de la singularidad de un agujero negro . Debido a la incertidumbre y la rareza de la mecánica cuántica, esto deforma el campo cuántico, creando bolsas desiguales de tiempo que se mueve de manera diferente y picos de energía subsiguientes en todo el campo. Son estos desajustes de energía los que hacen que las partículas virtuales emerjan de lo que parece ser nada en los límites de los agujeros negros.

«Se cree que los agujeros negros no son completamente negros», dijo en un comunicado la autora principal Barbara Šoda, estudiante de doctorado en física en la Universidad de Waterloo en Canadá . «En cambio, como descubrió Stephen Hawking, los agujeros negros deberían emitir radiación».

Al igual que el efecto Hawking, el efecto Unruh también crea partículas virtuales a través de la extraña fusión de la mecánica cuántica y los efectos relativistas predichos por Einstein. Pero esta vez, en lugar de que las distorsiones sean causadas por los agujeros negros y la teoría de la relatividad general, provienen de velocidades cercanas a la luz y la relatividad especial, que dicta que el tiempo corre más lento cuanto más se acerca un objeto a la velocidad de la luz.

Según la teoría cuántica, un átomo estacionario solo puede aumentar su energía esperando que un fotón real excite uno de sus electrones . Sin embargo, para un átomo en aceleración, las fluctuaciones en el campo cuántico pueden sumarse para parecer fotones reales. Desde la perspectiva de un átomo acelerado, se moverá a través de una multitud de partículas de luz cálida, todas las cuales lo calientan. Este calor sería un signo revelador del efecto Unruh.

Pero las aceleraciones requeridas para producir el efecto están mucho más allá del poder de cualquier acelerador de partículas existente. Un átomo necesitaría acelerar a la velocidad de la luz en menos de una millonésima de segundo (experimentando una fuerza de un cuatrillón de metros por segundo cuadrado) para producir un resplandor lo suficientemente caliente como para que los detectores actuales lo detecten.

«Para ver este efecto en un corto período de tiempo, tendrías que tener una aceleración increíble», dijo Sudhir. «Si, en cambio, tuviera una aceleración razonable, tendría que esperar una enorme cantidad de tiempo, más que la edad del universo , para ver un efecto medible».

Para que el efecto sea realizable, los investigadores propusieron una alternativa ingeniosa. Los fotones hacen que las fluctuaciones cuánticas sean más densas, lo que significa que un átomo hecho para moverse a través del vacío mientras es golpeado por la luz de un láser de alta intensidad podría, en teoría, producir el efecto Unruh, incluso con aceleraciones bastante pequeñas. El problema, sin embargo, es que el átomo también podría interactuar con la luz láser, absorbiéndola para elevar el nivel de energía del átomo, produciendo calor que ahogaría el calor generado por el efecto Unruh.

Pero los investigadores encontraron otra solución alternativa: una técnica que llaman transparencia inducida por aceleración. Si el átomo se ve obligado a seguir un camino muy específico a través de un campo de fotones, el átomo no podrá «ver» los fotones de cierta frecuencia, haciéndolos esencialmente invisibles para el átomo. Entonces, al conectar en cadena todas estas soluciones, el equipo podría probar el efecto Unruh en esta frecuencia de luz específica.

Hacer realidad ese plan será una tarea difícil. Los científicos planean construir un acelerador de partículas del tamaño de un laboratorio que acelerará un electrón a la velocidad de la luz mientras lo golpea con un haz de microondas. Si pueden detectar el efecto, planean realizar experimentos con él, especialmente aquellos que les permitan explorar las posibles conexiones entre la teoría de la relatividad de Einstein y la mecánica cuántica.

«La teoría de la relatividad general y la teoría de la mecánica cuántica todavía están algo en desacuerdo, pero tiene que haber una teoría unificadora que describa cómo funcionan las cosas en el universo», dijo el coautor Achim Kempf, profesor de matemáticas aplicadas en la Universidad de Waterloo, dijo en un comunicado . «Hemos estado buscando una manera de unir estas dos grandes teorías, y este trabajo nos está ayudando a acercarnos al abrir oportunidades para probar nuevas teorías contra experimentos».

Publicado originalmente en Live Science.

https://www.livescience.com/unruh-effect-could-probe-quantum-gravity