Comprendere come la gravità quantistica influenzi la fisica delle basse energie

I ricercatori hanno, per la prima volta, identificato le condizioni sufficienti e necessarie che la teoria della gravità quantistica deve soddisfare per preservare le caratteristiche principali dell'effetto Unruh nel limite delle basse energie.

In un nuovo studio, guidato da ricercatori della SISSA, Università Complutense di Madrid e 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, che prende il nome dal fisico canadese che lo teorizzò nel 1976, è la previsione che qualcuno, durante un'accelerazione, osserverebbe fotoni e altre particelle in uno spazio apparentemente vuoto. Contrariamente, una persona in uno stato di inerzia, vedrebbe nella stessa zona il vuoto.

"Gli osservatori inerziali e accelerati non concordano sul significato di spazio vuoto", afferma Raúl Carballo-Rubio, ricercatore post dottorato presso la SISSA, Italia. "Ciò che un osservatore inerziale identifica come vuoto utilizzando un rivelatore di particelle, non viene sperimentato come tale da un osservatore che accelera attraverso quello stesso spazio 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 in generale, qualsiasi nuova fisica che modifichi la struttura della teoria dei campi quantistici a brevi distanze, indurrebbe deviazioni da questa legge. Sebbene, probabilmente, chiunque concorderebbe sul fatto che tali deviazioni debbano essere presenti, non vi è consenso sul fatto se tali deviazioni siano grandi o piccole in un determinato quadro teorico. Questo è esattamente il problema che volevamo capire".

"Le nostre scoperte sono importanti perché l'effetto di Unruh è al confine tra la teoria quantistica dei campi e la relatività generale, che è ciò che sappiamo, e la gravità quantistica, che dobbiamo ancora capire", ha affermato Eduardo Martin-Martinez.

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