Wissenschaftler der Hiroshima Universität haben eine neuartige und äußerst empfindliche Methode zur Detektion des Unruh-Effekts entwickelt, eines Phänomens an der Schnittstelle von Relativitätstheorie und Quantenmechanik. Diese innovative Herangehensweise wurde in der Fachzeitschrift *Physical Review Letters* am 23. Juli 2025 veröffentlicht und eröffnet neue Möglichkeiten für die Erforschung fundamentaler physikalischer Gesetze und die Entwicklung fortschrittlicher Technologien.
Der Unruh-Effekt besagt, dass ein gleichmäßig beschleunigter Beobachter das Vakuum als ein thermisches Bad wahrnimmt. Die experimentelle Verifizierung dieses Effekts stellt eine erhebliche Herausforderung dar, da extrem hohe Beschleunigungen erforderlich sind, die mit heutiger Technologie praktisch unerreichbar sind. Um diese Hürde zu überwinden, hat das Team der Hiroshima Universität einen neuartigen experimentellen Ansatz vorgeschlagen, der die Kreisbewegung von metastabilen Fluxon-Antifluxon-Paaren innerhalb gekoppelter ringförmiger Josephson-Übergänge nutzt.
Fortschritte in der supraleitenden Mikrofabrikation haben die Herstellung von Schaltungen mit extrem kleinen Radien ermöglicht, was zu sehr hohen effektiven Beschleunigungen führt und eine detektierbare Unruh-Temperatur von einigen Kelvin erzeugt. Diese Temperatur ist hoch genug, um mit aktueller Technologie experimentell erfasst zu werden. In ihrem Versuchsaufbau induziert die durch die Kreisbeschleunigung hervorgerufene „Quantenwärme“ Fluktuationen, die zur Spaltung der metastabilen Fluxon-Antifluxon-Paare führen.
Dieses Spaltungsereignis manifestiert sich als ein klarer, makroskopischer Spannungssprung über die supraleitende Schaltung, was eine direkte und messbare Signatur des Unruh-Effekts darstellt. Durch statistische Analyse der Verteilung dieser Spannungssprünge können die Forscher die Unruh-Temperatur mit hoher Genauigkeit bestimmen. Die Forscher planen eine detaillierte Analyse der Zerfallsprozesse der Fluxon-Antifluxon-Paare, einschließlich der Untersuchung der Rolle des makroskopischen Quantentunnels.
Über die unmittelbare Detektion hinaus strebt das Team an, potenzielle Verbindungen zwischen diesem Phänomen und anderen Quantenfeldern zu untersuchen. Durch die Vertiefung des Verständnisses dieser neuartigen Quantenphänomene hoffen sie, einen bedeutenden Beitrag zur Suche nach einer einheitlichen Theorie aller physikalischen Gesetze zu leisten. Die entwickelte hochsensible und breitbandige Detektionsfähigkeit dieser Forschung verspricht, den Weg für zukünftige Anwendungen zu ebnen, insbesondere im Bereich fortschrittlicher Quantensensorik-Technologien.
Die Arbeit wurde durch JSPS KAKENHI Grants und das HIRAKU-Global Program, finanziert durch das „Strategic Professional Development Program for Young Researchers“ des MEXT, gefördert. Dieser Fortschritt eröffnet nicht nur neue Wege in der fundamentalen Physik, sondern inspiriert auch zu weiteren Erkundungen der wahren Natur von Raumzeit und Quantenrealität.