La théorie quantique a prédit de nombreux phénomènes difficiles, voire impossibles, à observer en pratique. Un exemple particulièrement délicat est l’effet Unruh, qui prendrait plus de temps que l’âge de l’univers pour se révéler dans des expériences simples. Cependant, une équipe de physiciens a fait valoir qu’il est théoriquement possible de raccourcir ce processus à quelques heures. Ils travaillent maintenant sur des moyens de concrétiser l’idée, en espérant capter une lueur thermique qui confirmera une partie de notre compréhension des lois fondamentales de l’univers.
On pense que l’effet Unruh (ou Fulling-Davies-Unruh) fait baigner des objets en accélération dans un “bain thermique” de rayonnement électromagnétique. Si une puissance immense permettait à un vaisseau spatial d’approcher rapidement la vitesse de la lumière, les passagers non écrasés par les forces g extrêmes verraient une lueur chaude autour d’eux. Comme prévu, c’est une contrepartie du rayonnement de Hawking produit par les trous noirs, et l’observation de l’un aiderait à confirmer l’autre. Le problème pour les expérimentateurs est que la quantité de rayonnement produite dans la plupart des circonstances est si faible qu’elle est effectivement indétectable.
Cependant, dans Physical Review Letters, les physiciens notent que vous pouvez stimuler l’effet Unruh en accélérant votre objet en présence de rayonnement électromagnétique. Bien que cette lumière induirait normalement d’autres effets qui rendraient à nouveau le rayonnement Unruh indétectable, ils prétendent avoir trouvé des moyens de contourner cela.
L’une des conséquences époustouflantes de la théorie quantique est qu’il n’y a pas de véritables vides – des paires de particules virtuelles subatomiques fluctuent constamment avant de s’annihiler presque immédiatement. La théorie d’Unruh postule que les objets dont la masse amplifie ces fluctuations quantiques lorsqu’ils accélèrent, se réchauffent et créent une lueur thermique que les autres devraient pouvoir voir.
Cependant, la plupart des accélérations ne sont tout simplement pas assez importantes pour produire quoi que ce soit de notable, et même lorsque nous appliquons toute la puissance que nous pouvons rassembler dans un accélérateur de particules, il est peu probable que nous assistions à quoi que ce soit. Cependant, chaque photon de lumière traversant un vide augmente la densité des fluctuations quantiques, ce qui rend plus probable qu’une particule accélérée subisse un effet Unruh notable.
Cependant, un atome peut également absorber la lumière utilisée pour stimuler le rayonnement Unruh, augmentant suffisamment son niveau d’énergie pour submerger quelque chose d’aussi subtil. Ce n’est que l’un des trois “effets de résonance” que la lumière peut avoir sur un atome. Observer l’effet devient un peu comme essayer de repérer une planète par la lumière réfléchie de son étoile. La lumière supplémentaire des étoiles rend la planète plus lumineuse, mais la rend également plus difficile à voir dans l’éblouissement de l’étoile.
Tout comme les astronomes masquent les étoiles pour nous laisser voir leurs planètes, Barbara Soda, étudiante au doctorat à l’Université de Waterloo, soutient qu’il est possible de rendre l’atome invisible à la lumière afin qu’il ne puisse absorber aucun des photons. Cela empêcherait l’absorption d’obscurcir notre vision du rayonnement Unruh. Soda et ses co-auteurs appellent cela la transparence induite par l’accélération.
À condition que la trajectoire de l’objet en accélération à travers un champ de photons soit correcte, les auteurs concluent que nous pouvons obtenir l’effet Unruh sans l’absorption. “Nous montrons qu’en concevant la trajectoire de la particule, nous pouvons essentiellement désactiver [the resonant] effets », a déclaré Soda dans un communiqué.
Le co-auteur, le Dr Vivishek Sudhir du MIT, travaille à la conception d’une expérience pratique pour mettre en œuvre l’idée en tirant des électrons à une vitesse proche de la lumière à travers un laser à micro-ondes à l’angle approprié.
“Maintenant, nous avons ce mécanisme qui semble amplifier statistiquement cet effet par stimulation”, a déclaré Sudhir. “Compte tenu des 40 ans d’histoire de ce problème, nous avons maintenant en théorie résolu le plus gros goulot d’étranglement.”
L’accélération inattendue de certains engins spatiaux alors qu’ils survolaient la Terre a été attribuée à l’effet Unruh, mais des explications concurrentes existent. Si l’effet Unruh en est réellement la cause, il révélerait une influence du monde réel, que nous pourrions même être en mesure d’exploiter.