物理学家开始寻找长期寻求的量子辉光

　　根据一项被称为＂Unruh效应＂的预测，千年隼号飞行员在跳到超空间时更有可能看到温暖的光芒。图片来源：Christine Daniloff，麻省理工学院
　　对于＂星球大战＂的粉丝来说，从千年隼号的驾驶舱跳到超空间时看到的条纹星星是一个规范的图像。但是，如果飞行员能够在太空的真空中瞬间加速，她实际上会看到什么呢？根据一个被称为Unruh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，Unruh效应一直未能被发现，主要是因为看到这种效应的概率是无限小的，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着增加观察到Unruh效应的可能性，他们在《 物理评论快报》 上发表的一项研究中详细介绍了这一点。
　　该团队没有像其他人过去尝试的那样自发地观察这种效应，而是建议以一种非常特殊的方式刺激这种现象，以增强Unruh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传统现象上投掷隐形斗篷，然后应该揭示出不那么明显的Unruh效应。
　　如果可以在实际实验中实现，这种新的刺激方法，加上一层隐形（或＂加速诱导的透明度＂，如论文中所述）可以大大增加观察到Unruh效应的可能性。该团队的方法不会像Unruh效应预测的那样等待比宇宙年龄更长的时间等待加速粒子产生温暖的光芒，而是将等待时间缩短到几个小时。
　　＂现在至少我们知道，在我们的有生之年，我们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，以根据该小组的理论捕捉这种效应。＂这是一个艰难的实验，不能保证我们能够做到这一点，但这个想法是我们最接近的希望。
　　该研究的共同作者还包括滑铁卢大学的Barbara Šoda和Achim Kempf。
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　　Unruh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，通过真空加速的物体实际上应该感觉到温暖辐射的存在纯粹是身体加速的影响。这种效应与真空中的加速物质和量子涨落之间的量子相互作用有关。
　　为了产生足够温暖的辉光供探测器测量，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千万亿米的g力平方（战斗机飞行员通常经历每秒10米平方的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，你将不得不等待大量的时间 - 比宇宙的年龄更长 - 才能看到可测量的影响。
　　那么，重点是什么呢？首先，他说，观察Unruh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，这次探测可能代表了霍金效应的一面镜子——物理学家斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）提出的一项建议，它预测了极端引力场（如黑洞周围）中的光和物质相互作用会产生类似的热辉光或＂霍金辐射＂。
　　＂霍金效应和昂鲁效应之间有着密切的联系——它们恰恰是彼此的互补效应，＂Sudhir说，他补充说，如果一个人观察到昂鲁效应，＂人们会观察到一种两种效应共同的机制。
　　透明的轨迹
　　预计Unruh效应将在真空中自发发生。根据量子场论，真空不仅仅是空的空间，而是一个不安分的量子涨落场，每个频带测量大约半个光子的大小。Unruh预测，在真空中加速的物体应该放大这些波动，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，通过为整个场景添加光线来增加Unruh效应的可能性 - 这种方法称为刺激。
　　＂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这种新状态，你会看到的效果也是你仅从真空中看到的＂n＂倍。
　　然而，除了量子Unruh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，它使其他Unruh效应的猎人无法采取刺激方法。
　　然而，Šoda，Sudhir和Kempf通过＂加速诱导的透明度＂找到了一种解决方法，这是他们在论文中引入的概念。他们在理论上表明，如果原子等物体可以通过光子场以非常特定的轨迹加速，那么原子将与场相互作用，使得一定频率的光子基本上对原子来说是不可见的。
　　＂当我们刺激Unruh效应时，同时我们也刺激常规或共振效应，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。
　　通过使所有其他效应透明，研究人员可以有更好的机会测量光子，或者像物理学家预测的那样，仅来自Unruh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刺激它。他们正在寻找方法来设计电子的路径来抑制经典效应，同时放大难以捉摸的Unruh效应。
　　＂现在我们有了这种机制，似乎通过刺激在统计学上放大了这种效应，＂Sudhir说。＂鉴于这个问题有40年的历史，我们现在理论上已经解决了最大的瓶颈。