廣島大學團隊開發出高靈敏度偵測「烏恩魯赫效應」的新方法

编辑者: Vera Mo

廣島大學的研究團隊在基礎物理學領域取得重大進展,成功開發出一種高靈敏度且具備實際可行性的新方法,用以偵測理論預測但難以捉摸的「烏恩魯赫效應」(Unruh effect)。此現象是相對論與量子理論的交匯點,其驗證將有助於深化對時空本質的理解,並可能開啟先進技術發展的新途徑。該研究成果已於2025年7月23日在《物理評論快報》(Physical Review Letters)期刊上發表。

烏恩魯赫效應指出,一個經歷等速加速的觀察者,會將原本被慣性觀察者視為真空的空間,感知為充滿熱輻射的粒子浴,意即加速運動能使真空產生「溫度」。然而,實驗驗證此效應一直面臨巨大挑戰,因為所需的加速度極其龐大,高達每秒平方10的20次方公尺(10^20 m/s²),遠超出現有技術能力。為了解決此難題,廣島大學的科學家們提出了一種創新的實驗方法,利用耦合環形約瑟夫森接面(coupled annular Josephson junctions)中,亞穩態的通量子-反通量子對(fluxon-antifluxon pairs)的圓周運動。藉助超導微製造技術的進步,研究人員得以製造出極小半徑的電路,從而產生極高的有效加速度,產生幾克耳文(kelvin)的烏恩魯赫溫度,足以讓現有技術設備進行實驗偵測。

在此實驗設計中,由圓周加速誘導的「量子溫暖」會引發漲落,進而觸發亞穩態通量子-反通量子對的分裂。此分裂事件將表現為超導電路兩端出現一個清晰、宏觀的電壓跳躍,為烏恩魯赫效應的存在提供了直接且可測量的標記。透過對這些電壓跳躍分佈進行統計分析,研究人員能夠高精度地測量烏恩魯赫溫度。研究團隊進一步計劃詳細分析通量子-反通量子對的衰變過程,並探討宏觀量子隧穿(macroscopic quantum tunneling)的作用,以期精確實驗偵測烏恩魯赫效應。此外,他們也期望探索此現象與其他量子場的潛在聯繫,為統一物理定律的理論貢獻力量。

此項研究開發出的高靈敏度、廣泛偵測能力,為未來應用,特別是在先進量子感測技術領域,鋪平了道路。這項工作不僅在基礎物理學領域開闢了新途徑,也激勵著對時空與量子實在本質的進一步探索。此研究得到了日本學術振興會(JSPS KAKENHI)和日本文部科學省(MEXT)「青年研究者戰略專業發展計畫」的資助。

來源

  • Mirage News

  • Measuring the Unruh effect: Proposed approach could bridge gap between general relativity and quantum mechanics

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