Átomos viajando à velocidade da luz em um caminho específico de fótons poderiam provar a existência de uma propriedade mecânica quântica prevista na década de 1970, chamada de efeito Unruh. Para observar esse efeito, os cientistas teriam que esperar bilhões de anos, mas um novo estudo demonstrou uma técnica que pode mostrar resultados em poucas horas.
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O que é o Efeito Unruh?
O efeito Unruh pode ocorrer quando um corpo é acelerado à velocidade da luz
O efeito Unruh é um fenômeno que pode ajudar os físicos a encontrar uma teoria capaz de unificar a mecânica quântica e a relatividade geral. O problema é que a probabilidade de ver o efeito é infinitesimalmente pequena, pois requer uma aceleração próxima à velocidade da luz.
Resumindo, o efeito Unruh é a radiação térmica (calor) que um corpo emite quando está acelerando no vácuo. Isso não deve ser confundido com nenhum outro efeito de interação de partículas – ocorre por meio de interações entre matéria acelerada e flutuações quânticas no vácuo.
Essas “flutuações quânticas” fazem parte da teoria quântica de campos e ocorrem sempre que há uma mudança repentina na quantidade de energia em um ponto localizado no espaço “vazio” (ou o que chamamos de vácuo).
Bem, as flutuações nos campos quânticos ocorrem o tempo todo, mesmo no vácuo, a uma frequência que mede aproximadamente o tamanho de meio fóton. De acordo com a previsão do físico canadense Bill Unruh em 1976, um corpo acelerando no vácuo deveria amplificar essas flutuações, produzindo assim um brilho térmico quente.
Se a previsão estiver correta, o efeito Unruh deve acontecer espontaneamente no universo, mas ninguém conseguiu observá-lo até agora. Em seu novo estudo, pesquisadores do MIT e da Universidade de Waterloo encontram uma maneira de aumentar significativamente o efeito a ser observado.
Como observar o efeito Unruh
Um astronauta viajando em uma nave espacial na velocidade da luz pôde observar o efeito Unruh
A ideia dos autores é estimular o fenômeno por meio da aceleração de elétrons em um acelerador de partículas. Ou seja, a proposta é adicionar energia suficiente para que a partícula alcance velocidade próxima à da luz quase que instantaneamente — em menos de um milionésimo de segundo.
Essa aceleração massiva seria equivalente a uma força G de um quatrilhão de metros por segundo ao quadrado. “Se você tivesse qualquer aceleração razoável, teria que esperar uma quantidade enorme de tempo – mais do que a idade do universo – para ver um efeito mensurável”, disse Vivishek Sudhir, coautor do artigo.
Mas isso não é suficiente para observar o efeito. A isso, eles pretendem adicionar um feixe de microondas. “Quando você adiciona fótons no campo, está adicionando ‘n’ vezes essas flutuações nesse campo. [campo que mede] meio fóton no vácuo”, explica Sudhir.
Mas há um pequeno problema: além do efeito Unruh quântico, os fótons adicionais também amplificariam outros efeitos no vácuo. É precisamente por isso que outros cientistas falharam em usar a abordagem de estimulação luminosa. Para resolver isso, os autores introduziram o conceito de “transparência induzida pela aceleração”.
Eles mostraram que se um corpo como um elétron acelerasse com uma trajetória muito específica através de um campo de fótons, a partícula iria interagir com o campo, enquanto os fótons de uma determinada frequência se tornariam essencialmente invisíveis para o elétron. É como se esses efeitos adicionais fossem anulados.
Validando ideias revolucionárias
Diagrama explica a mecânica por trás da radiação Hawking
Além de validar previsões importantes da teoria quântica de campos, a observação do efeito Unruh também ajudaria no avanço das investigações sobre a radiação de Hawking, prevista por Stephen Hawking também na década de 1970.
Segundo o famoso físico, essa radiação é um efeito térmico resultante da interação entre a luz e a matéria em um campo gravitacional extremo, como o entorno de um buraco negro. Assim como o efeito Unruh, a radiação Hawking ocorre espontaneamente, com o surgimento de partículas virtuais.
“Existe uma conexão estreita entre o efeito Hawking e o efeito Unruh – eles são exatamente o efeito complementar um do outro”, disse Sudhir. É por isso que as equações para a temperatura do efeito Unruh usam a mesma fórmula para a radiação Hawking. Eles são referidos como a temperatura de Hawking-Unruh.
