L’effet Unruh a été décrit par Stephen Fulling en 1973, Paul Davies en 1975 et William Unruh en 1976. Parfois appelé effet Fulling-Davies-Unruh, il suggère que si l’on vole à travers un vide quantique avec une accélération extrême, le vide ne ressemble plus à un vide : il ressemble plutôt à un bain chaud rempli de particules. Jusqu’à présent, il n’a pas été possible de le mesurer ou de l’observer, mais les physiciens affirment aujourd’hui qu’au lieu d’étudier l’espace vide dans lequel les particules deviennent soudainement visibles lorsqu’on accélère, ils peuvent créer un condensat de Bose-Einstein dans lequel les particules sonores, ou phonons, deviennent audibles pour un observateur accéléré dans le vide silencieux des phonons.
L’effet Unruh prédit une réponse thermique pour un détecteur accéléré se déplaçant dans le vide. Gooding et al. proposent un schéma interférométrique pour observer un analogue de l’effet Unruh circulaire en utilisant un laser localisé couplé à un condensat de Bose-Einstein. Crédit image : Université de Nottingham.
“Observer directement l’effet Unruh, tel que William Unruh – qui est l’un des co-auteurs de l’étude actuelle – l’a décrit, est totalement impossible pour nous aujourd’hui”, a déclaré le co-auteur, Sebastian Erne, chercheur à l’école des sciences mathématiques de l’Université de Nottingham, au Vienna Center for Quantum Science and Technology de la TU Wien et au Wolfgang Pauli Institut de l’Universität Wien.
“Il faudrait un dispositif de mesure accéléré à presque la vitesse de la lumière en une microseconde pour voir ne serait-ce qu’un minuscule effet Unruh – nous ne pouvons pas le faire.”
“Cependant, il existe une autre façon d’apprendre à connaître cet effet étrange : en utilisant ce qu’on appelle des simulateurs quantiques.”
“De nombreuses lois de la physique quantique sont universelles”, a déclaré le coauteur, le Dr Jörg Schmiedmayer, chercheur au Centre viennois des sciences et technologies quantiques de la TU Wien.
“On peut montrer qu’ils se produisent dans des systèmes très différents. On peut utiliser les mêmes formules pour expliquer des systèmes quantiques complètement différents.”
“Cela signifie que l’on peut souvent apprendre quelque chose d’important sur un système quantique particulier en étudiant un système quantique différent.”
“La simulation d’un système avec un autre a été particulièrement utile pour comprendre les trous noirs, puisque les vrais trous noirs sont effectivement inaccessibles”, a déclaré le premier auteur, le Dr Cisco Gooding, chercheur à l’école des sciences mathématiques de l’Université de Nottingham.
“En revanche, les trous noirs analogues peuvent être facilement produits ici même dans le laboratoire”.
“Ceci est également vrai pour l’effet Unruh : si la version originale ne peut pas être démontrée pour des raisons pratiques, alors un autre système quantique peut être créé et examiné afin d’y voir l’effet.”
Tout comme une particule est une “perturbation” dans l’espace vide, il existe des perturbations dans le condensat froid de Bose-Einstein – de petites irrégularités (ondes sonores) qui se propagent en vagues. Et ces irrégularités devraient être détectables à l’aide de faisceaux laser spéciaux.
Grâce à des astuces spéciales, le condensat de Bose-Einstein est très peu perturbé par la mesure, malgré l’interaction avec la lumière laser.
“Si vous déplacez le faisceau laser, de sorte que le point d’illumination se déplace au-dessus du condensat de Bose-Einstein, cela correspond au déplacement de l’observateur dans l’espace vide”, a déclaré le Dr Schmiedmayer.
“Si vous guidez le faisceau laser en mouvement accéléré au-dessus du nuage atomique, alors vous devriez être en mesure de détecter des perturbations qui ne sont pas vues dans le cas stationnaire – tout comme un observateur accéléré dans le vide percevrait un bain de chaleur qui n’est pas là pour l’observateur stationnaire.”
“Jusqu’à présent, l’effet Unruh était une idée abstraite”, a déclaré l’auteur principal, le professeur Silke Weinfurtner, chercheur à l’École des sciences mathématiques et au Centre de mathématiques et de physique théorique des systèmes quantiques hors équilibre de l’Université de Nottingham.
“Beaucoup avaient abandonné tout espoir de vérification expérimentale. La possibilité d’incorporer un détecteur de particules dans une simulation quantique nous donnera de nouvelles perspectives sur des modèles théoriques qui ne sont autrement pas accessibles expérimentalement.”
L’étude a été publiée dans la revue Physical ReviewLettres.
