一种几乎不可能被观测到的物理效应,有了新希望

作者: 小雨

来源: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.163603

发布日期: 2022-04-29 20:38:54

麻省理工学院与滑铁卢大学的物理学家提出了一种新方法,可能显著提高观测到安鲁效应的可行性,该效应与加速物体和真空中的量子涨落之间的量子相互作用有关。

在《星球大战》里,一个经典画面是当“千年隼”号跳入超空间时,从驾驶舱里能够看到疾驰的星星。不过,假如我们真的能在瞬间加速穿越太空的真空,看到的景象果真如此吗?根据安鲁效应的预测,飞行员更有可能看到的是温暖的辉光。安鲁效应也被称为傅苓-戴维斯-安鲁效应,以最初提出这一效应的三位物理学家史蒂芬·傅苓、保罗·戴维斯以及威廉·安鲁命名,它与加速物体和真空中的量子涨落之间的量子相互作用有关。

自上个世纪70年代被提出以来,物理学家一直无法探测到该效应,其主要原因就在于观测到这种效应的概率实在太小了。一个物体要产生温度高得足以被探测到的辉光,那么它必须在不到百万分之一秒的时间内加速到光速。这样的加速度相当于10¹⁵m/s²的G力,相比而言,战斗机飞行员通常所经受的G力为10m/s²。这意味着若想要在短时间内观察到这种效应,就必须拥有高到难以置信的加速。

倘若加速度的大小只在合理范围内,那么则需要等上非常长的、甚至比宇宙的年龄还要长的时间才有可能测得。

探测这样一个听起来几乎天方夜谭的效应有什么意义呢?首先,安鲁效应的观测将是对物质和光之间的基本量子相互作用的验证。另外,对这一效应的探测还对所谓的“霍金效应”产生重要意义。根据霍金效应的预测,在极端引力场中,光和物质的相互作用会产生类似的热辉光,即所谓的“霍金辐射”。霍金效应和安鲁效应之间存在密切的联系,它们是完全互补的效应。如果能观测到安鲁效应,那么就等同于这两种效应背后的机制都被观测到了。

现在,麻省理工学院与滑铁卢大学的物理学家在《物理评论快报》上新发表了一项研究,表明他们可能已经找到了一种能够显著提高观测到安鲁效应的可行性的方法。物理学家预测安鲁效应会在真空中自发地发生。为了增强探测到安鲁效应的可能性,研究人员摒弃了观测这种效应自发发生的想法,提出可以采用所谓的“刺激法”。这种“刺激”是通过在整个场景中加入光来实现的。

然而,当加入额外的光子时,除了安鲁效应被放大,真空中的其他效应也会被放大。为了解决这个问题,新研究提出了一种可以在增强安鲁效应的同时抑制其他效应的方法。研究人员提出了“加速诱导透明”概念,从理论上证明了如果一个物体能够以某个非常特定的轨迹通过光子场而加速,那么这个物体会以一种特殊的方式与光子场相互作用,这种特定频率的光子对原子来说基本上是不可见的。

现在,研究人员已经对如何基于这一理论假设设计出切实的实验有了一些想法。他们计划建造一个实验室大小的,能够将电子加速到接近光速的粒子加速器,然后用微波波长的激光束刺激电子。目前,他们正在想办法设计出能抑制经典效应同时放大安鲁效应的电子路径。这种机制至少让他们知道,安鲁效应是有可能在人类的有生之年看到的。

虽然设计出切实的实验将会是项非常艰难的任务,目前甚至尚无法保证能否真正实现,但这已经是40多年来最接近观测到的安鲁效应的想法。可以说,新研究已经在理论上解决了观测安鲁效应的最大瓶颈。

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