物理学家开始寻找一直在寻求的量子辉光

根据被称为安鲁效应的预测，千年隼号飞行员在跳入超空间时有可能看到温暖的光芒。

对于《星球大战》的粉丝来说，从千年隼号的驾驶舱中看到的星光闪烁是典型的图像。但是，如果飞行员能在真空中瞬间加速，飞行员究竟会看到什么呢？根据被称为安鲁效应的预测，她更有可能看到温暖的光芒。

自 1970 年代首次提出以来，安鲁效应一直未能被发现，主要是因为看到该效应的概率非常小，需要巨大的加速度或大量的观察时间。但麻省理工学院和滑铁卢大学的研究人员认为，他们已经找到了一种方法来显著增加观察安鲁效应的可能性，他们在《物理评论快报》上发表的一项研究中对此进行了详细说明。

与其像其他人过去尝试的那样自发观察这种效应，该团队建议以一种非常特殊的方式刺激这种现象，即增强安鲁效应，同时抑制其他竞争效应。研究人员将他们的想法比作在其他常规现象上披上隐形斗篷，这应该会揭示出不那么明显的安鲁效应。

如果可以在实际实验中实现，这种新的刺激方法，加上一层不可见性可以大大增加观察安鲁效应的可能性。与安鲁效应预测的那样，加速粒子产生温暖辉光的等待时间超过了宇宙的年龄，该团队的方法将把等待时间缩短到几个小时。

“现在至少我们知道，我们有生之年有机会真正看到这种效应，”该研究的共同作者、麻省理工学院机械工程助理教授 Vivishek Sudhir 说，他正在设计一个实验来捕捉这种效应。“这是一项艰巨的实验，不能保证我们能够做到，但这个想法是我们最近的希望。”

安鲁效应也被称为 Fulling-Davies-Unruh 效应，以最初提出它的三位物理学家的名字命名。该预测指出，在真空中加速的物体实际上应该感觉到温暖辐射的存在。这种效应与加速物质和真空中的量子涨落之间的量子相互作用有关。

为了产生足以让探测器测量的暖光，像原子这样的物体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每秒平方千万亿米的G力（战斗机飞行员通常会经历 10 米每秒平方的G力）。

“要在短时间内看到这种效果，你必须有一些令人难以置信的加速度，”Sudhir 说。“如果你有一些合理的加速度，你必须等待很长一段时间——比宇宙的年龄还要长——才能看到可测量的效果。”

那么，重点是什么？一方面，他说观察安鲁效应将是对物质和光之间基本量子相互作用的验证。另一方面，这一探测可以代表霍金效应的一面镜子——物理学家斯蒂芬霍金的一项提议，它预测了极端引力场中的光和物质相互作用会产生类似的热辉光或“霍金辐射”。

“霍金效应和安鲁效应之间有着密切的联系——它们恰好是彼此的互补效应，”苏迪尔说，如果人们要观察安鲁效应，“人们会观察到一种机制，即两种效果的共同点。”

透明的轨迹

预计安鲁效应会在真空中自发发生。根据量子场论，真空不仅仅是空旷的空间，而是一个不安分的量子涨落场，每个频带的大小约为半个光子的大小。安鲁预测，在真空中加速的物体应该会放大这些波动，从而产生温暖的粒子热辉光。

在他们的研究中，研究人员引入了一种新方法来增加安鲁效应的概率，即通过在整个场景中添加光——一种称为刺激的方法。

“当你将光子添加到场中时，你添加的波动比真空中的半个光子多‘n’倍，”Sudhir 解释说。“所以，如果你加速通过这个领域的新状态，你会期望看到的效果也会扩大"n"倍，你会在真空中看到它。”

然而，除了量子安鲁效应之外，额外的光子还会放大真空中的其他效应——这是一个主要缺点，使得其他安鲁效应的研究人员无法采用刺激方法。

然而，Šoda、Sudhir 和 Kempf 找到了一种解决方法，即通过“加速引起的透明度”，他们在论文中引入了这一概念。他们从理论上证明，如果可以使像原子这样的物体在光子场中以非常特定的轨迹加速，那么原子将以这样的方式与场相互作用，即特定频率的光子基本上对光子来说是不可见的。

“当我们刺激安鲁效应时，同时我们也会刺激传统或共振效应，但我们表明，通过设计粒子的轨迹，我们基本上可以关闭这些效应，”Šoda 说。

正如物理学家预测的那样，通过使所有其他效应透明，研究人员可以更好地测量光子或仅来自安鲁效应的热辐射。

研究人员已经对如何根据他们的假设设计实验有了一些想法。他们计划建造一个实验室大小的粒子加速器，能够将电子加速到接近光速，然后他们将使用微波波长的激光束对其进行刺激。他们正在寻找方法来设计电子路径以抑制经典效应，同时放大难以捉摸的安鲁效应。

Sudhir 说。“鉴于这个问题已有 40 年的历史，我们现在理论上已经解决了最大的瓶颈。”

关键词： 研究人员 物理学家 相互作用

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