Une expérience de distorsion visant à rendre les atomes invisibles pourrait tester la prédiction la plus célèbre de Stephen Hawking.

Une nouvelle expérience de vitesse de distorsion pourrait permettre de vérifier indirectement la prédiction du physicien Stephen Hawking concernant les trous noirs. Selon cette nouvelle idée, les scientifiques peuvent avoir un aperçu de la lueur quantique éthérée qui enveloppe les objets voyageant à une vitesse proche de celle de la lumière en amenant un atome à devenir invisible. L’effet de lueur, également connu sous le nom d’effet Unruh, semble remplir l’espace autour des objets se déplaçant à la vitesse de la lumière d’un essaim de particules virtuelles, les baignant dans une lueur chaude. Cet effet étant étroitement lié à l’effet Hawking, dans lequel des particules virtuelles, connues sous le nom de rayonnement Hawking, apparaissent spontanément à la périphérie des trous noirs, les scientifiques espèrent depuis longtemps remarquer l’un comme un signe de la présence de l’autre.

Cependant, la détection de l’un ou l’autre de ces effets est extrêmement difficile. Le rayonnement de Hawking n’existe que sur le bord d’un trou noir, et l’obtention de l’accélération nécessaire à l’effet Unruh nécessiterait presque certainement l’utilisation d’un moteur à distorsion.

Une nouvelle proposition publiée dans le journal le 26 avril pourrait changer cela. Les chercheurs affirment avoir découvert un moyen d’augmenter considérablement la puissance de l’effet Unruh en utilisant une technologie qui rend effectivement la matière invisible.

Le co-auteur de l’étude, Vivishek Sudhir, professeur adjoint d’ingénierie mécanique au MIT et concepteur de la nouvelle expérience, a déclaré qu’au minimum, les chercheurs savent qu’il y a une probabilité qu’ils soient témoins de cet effet au cours de leur vie. Sudhir a ajouté qu’il s’agit d’une expérience difficile, et qu’il n’y a aucune garantie de succès, mais que c’était leur meilleur espoir.

Du nom des trois scientifiques qui ont émis la première hypothèse, l’effet Unruh est parfois connu sous le nom d’effet Fulling-Davies-Unruh. Il n’a pas été détecté depuis son hypothèse initiale dans les années 1970, car la probabilité de le détecter est infinitésimale et nécessite soit des accélérations massives, soit de longues périodes d’observation. Selon cette prédiction, un corps qui accélère dans le vide devrait percevoir l’existence d’un rayonnement chaud uniquement en raison de son accélération. Les interactions quantiques entre la matière en accélération et les fluctuations quantiques dans le vide de l’espace vide provoquent ce phénomène.

Stephen Hawking a prédit en 1974 que l’intense force gravitationnelle ressentie aux marges des trous noirs, connus sous le nom d’horizons des événements, produirait également des particules virtuelles.

L’auteur principal, Barbara Oda, doctorante en physique à l’Université de Waterloo au Canada, a déclaré que les trous noirs ne seraient pas entièrement noirs. Au contraire, ils devraient produire des radiations, comme l’a découvert Hawking.

Un atome stationnaire ne peut accroître son énergie qu’en attendant qu’un véritable photon excite l’un de ses électrons, selon la théorie quantique. Cependant, les fluctuations du champ quantique peuvent s’accumuler et ressembler à de véritables photons pour un atome en accélération. Du point de vue de l’atome qui accélère, il traverse une foule de particules lumineuses chaudes, qui le réchauffent toutes. La chaleur de l’effet Unruh en serait un symptôme évident.

Cependant, les accélérations nécessaires pour obtenir cet effet sont nettement supérieures à celles de tous les accélérateurs de particules actuellement disponibles. Pour produire une lueur suffisamment chaude pour les détecteurs actuels, un atome devrait atteindre la vitesse de la lumière en moins d’un millionième de seconde.

Sudhir ajoute qu’il faut une accélération extraordinaire pour observer cet effet dans un laps de temps aussi court. “Si l’on avait plutôt une accélération raisonnable, il faudrait attendre un temps énorme – plus long que l’âge de l’univers – pour voir un effet mesurable”, a-t-il ajouté.

Il sera difficile de faire de cette stratégie une réalité. Les chercheurs ont l’intention de construire un accélérateur de particules à l’échelle du laboratoire qui accélérera un électron à la vitesse de la lumière en le frappant avec un microfaisceau. Ils ont l’intention de faire des essais avec l’effet s’il peut être détecté.

Le co-auteur Achim Kempf, professeur de mathématiques appliquées à l’Université de Waterloo, a déclaré que bien que les théories de la relativité générale et de la mécanique quantique soient en désaccord, il doit y avoir une théorie unificatrice qui explique comment les choses fonctionnent dans l’univers.

Kempf a ajouté qu’ils ont cherché une méthode pour rapprocher ces deux énormes théories, et ce travail les aide à y parvenir en leur permettant de tester de nouvelles hypothèses contre des essais.

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