Onderzoekers van de Hiroshima Universiteit hebben een nieuwe, uiterst gevoelige methode ontwikkeld om het Unruh-effect te detecteren. Dit fascinerende fenomeen verbindt de fundamenten van relativiteit en kwantummechanica. De innovatieve aanpak, gepubliceerd in *Physical Review Letters* op 23 juli 2025, opent nieuwe perspectieven voor fundamenteel natuurkundig onderzoek en de ontwikkeling van geavanceerde technologieën.
Het Unruh-effect voorspelt dat een waarnemer die een uniforme versnelling ondergaat, het kwantumvacuüm waarneemt als een thermische deken van deeltjes. Dit concept verenigt Einsteins relativiteitstheorie en de kwantumtheorie, maar is experimenteel moeilijk te bewijzen vanwege de extreem hoge versnellingen die nodig zijn, in de orde van grootte van 10^20 m/s². Dit is met de huidige technologie praktisch onhaalbaar.
Om deze uitdaging te omzeilen, heeft het team van Hiroshima Universiteit een ingenieuze experimentele methode voorgesteld. Zij maken gebruik van de cirkelvormige beweging van metastabiele fluxon-antifluxon paren binnen gekoppelde ringvormige Josephson-juncties. Dankzij de vooruitgang in supergeleidende microfabricage kunnen circuits met extreem kleine radii worden gecreëerd, wat resulteert in zeer hoge effectieve versnellingen. Hierdoor ontstaat een meetbare Unruh-temperatuur van enkele kelvin, hoog genoeg om met de huidige technologie te worden gedetecteerd.
In hun opstelling veroorzaakt de door de cirkelvormige versnelling geïnduceerde 'kwantumwarmte' fluctuaties die leiden tot het splitsen van de fluxon-antifluxon paren. Dit splitsingsmoment manifesteert zich als een duidelijke, macroscopische spanningssprong over het supergeleidende circuit, wat een direct en meetbaar signaal is van het Unruh-effect. Door de verdeling van deze spanningssprongen statistisch te analyseren, kunnen onderzoekers de Unruh-temperatuur met hoge nauwkeurigheid bepalen.
Het team plant een gedetailleerde analyse van de vervalprocessen van de fluxon-antifluxon paren, inclusief het onderzoeken van de rol van macroscopisch kwantumtunnelen. Het begrijpen van deze complexe vervalmechanismen is cruciaal voor het verfijnen van de experimentele detectie van het Unruh-effect. Naast de directe detectie, willen de onderzoekers potentiële verbanden verkennen tussen dit fenomeen en andere gekoppelde kwantumvelden. Door ons begrip van deze nieuwe kwantumfenomenen te verdiepen, hopen zij een significante bijdrage te leveren aan de zoektocht naar een verenigde theorie van alle natuurwetten.
De ontwikkelde detectiemethoden, die zowel gevoelig als breed inzetbaar zijn, bieden veelbelovende mogelijkheden voor toekomstige toepassingen, met name op het gebied van geavanceerde kwantum-sensortechnologieën. Dit onderzoek, ondersteund door JSPS KAKENHI Grants en het HIRAKU-Global Program, opent niet alleen nieuwe wegen in de fundamentele natuurkunde, maar stimuleert ook verdere exploratie van de ware aard van ruimtetijd en kwantumrealiteit.