I ricercatori hanno, per la prima volta, identificato le condizioni sufficienti e necessarie che il limite di bassa energia delle teorie della gravità quantistica deve soddisfare per preservare le caratteristiche principali dell'effetto Unruh.

In un nuovo studio, guidati da ricercatori della SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, l'Università Complutense di Madrid e l'Università di Waterloo, viene fornito un solido quadro teorico per discutere le modifiche all'effetto Unruh causate dalla microstruttura dello spazio-tempo.

L'effetto Unruh, prende il nome dal fisico canadese che lo teorizzò nel 1976, è la previsione che qualcuno che ha propulsione e quindi accelera osserverebbe fotoni e altre particelle in uno spazio apparentemente vuoto mentre un'altra persona che è inerziale vedrebbe un vuoto in quella stessa area.

"Osservatori inerziali e accelerati non sono d'accordo sul significato di 'spazio vuoto, '", dice Raúl Carballo-Rubio, un ricercatore post-dottorato alla SISSA, Italia. "Ciò che un osservatore inerziale che trasporta un rilevatore di particelle identifica come vuoto non è sperimentato come tale da un osservatore che accelera attraverso quello stesso vuoto. Il rilevatore accelerato troverà particelle in equilibrio termico, come un gas caldo."

"La previsione è che la temperatura registrata deve essere proporzionale all'accelerazione. D'altra parte, è ragionevole aspettarsi che la microstruttura dello spazio-tempo o, più generalmente, qualsiasi nuova fisica che modifichi la struttura della teoria quantistica dei campi a brevi distanze, indurrebbe deviazioni da questa legge. Mentre probabilmente chiunque sarebbe d'accordo che queste deviazioni devono essere presenti, non c'è consenso sul fatto che queste deviazioni siano grandi o piccole in un dato quadro teorico. Questo è esattamente il problema che volevamo capire".

"Quello che abbiamo fatto è stato analizzare le condizioni per avere l'effetto Unruh e abbiamo scoperto che contrariamente a una credenza diffusa in gran parte della risposta termica della comunità per i rilevatori di particelle può avvenire senza uno stato termico, " disse Eduardo Martin-Martinez, un assistente professore presso il Dipartimento di Matematica Applicata di Waterloo. "Le nostre scoperte sono importanti perché l'effetto Unruh si trova al confine tra la teoria quantistica dei campi e la relatività generale, che è quello che sappiamo, e gravità quantistica, che dobbiamo ancora capire".

"Così, se qualcuno vuole sviluppare una teoria di ciò che sta accadendo al di là di ciò che sappiamo della teoria quantistica dei campi e della relatività, devono garantire che soddisfino le condizioni che identifichiamo nei loro limiti di bassa energia."

I ricercatori hanno analizzato la struttura matematica delle correlazioni di un campo quantistico in strutture che vanno oltre la teoria dei campi quantistici standard. Questa analisi è stata poi utilizzata per identificare le tre condizioni necessarie che sono sufficienti per preservare l'effetto Unruh. Queste condizioni possono essere utilizzate per determinare le previsioni a bassa energia delle teorie della gravità quantistica ei risultati di questa ricerca forniscono gli strumenti necessari per fare queste previsioni in un ampio spettro di situazioni.

Essendo stato in grado di determinare come l'effetto Unruh viene modificato dalle alterazioni della struttura della teoria quantistica dei campi, così come l'importanza relativa di queste modifiche, i ricercatori ritengono che lo studio fornisca un solido quadro teorico per discutere e forse testare questo particolare aspetto come una delle possibili manifestazioni fenomenologiche della gravità quantistica. Ciò è particolarmente importante e appropriato anche se l'effetto non è ancora stato misurato sperimentalmente, come si prevede si verificherà in un futuro non così lontano.