量子重ね合わせは、素粒子の特性だけでなく、宇宙で最も重い物体の特性でもあります。 これは、オーストラリアとカナダの XNUMX 人の理論物理学者が、ブラック ホールから少し離れた場所に設置された粒子検出器の仮説的な応答を計算したという結論です。 研究者たちは、検出器は重なった時空の新たな兆候を見るだろうと言います。これは、ブラック ホールが XNUMX つの異なる質量を同時に持っている可能性があることを意味します。
ブラック ホールは、星のような非常に重い物体が特異点 (無限密度の点) に崩壊するときに形成されます。 ブラック ホールの重力場は非常に大きいため、光でさえ、そのクラッチから逃れることはできません。 これにより、特異点の周りに宇宙の残りの部分から完全に切り離され、事象の地平線として知られているものによって囲まれた球状の空間領域が作成されます。
ブラック ホールの物理学に関する活発な研究分野では、量子重力の一貫した理論を開発しようとしています。 これは、量子力学とアインシュタインの一般相対性理論を調和させる理論物理学の重要な目標です。 特に、量子重ね合わせにおけるブラック ホールを考慮することにより、物理学者は時空の量子的性質についての洞察を得ることを望んでいます。
Unruh-deWitt 検出器
最新作、報告された Physical Review Lettersに, ジョシュア・フー & マグダレーナザイチ クイーンズランド大学の セミール・アラバシ & ロバート・マン ウォータールー大学では、時空の重ね合わせを研究するための新しい運用フレームワークとして彼らが説明するものを概説しています。 一般相対性理論を量子化するために「トップダウン」アプローチを使用するのではなく、Unruh-deWitt 検出器と呼ばれる特定の物理デバイスの動作に対するブラック ホールの量子状態の影響を考慮します。
これは、箱の中の粒子など、量子場に結合された XNUMX 状態システムを構成する仮想デバイスです。 低エネルギー状態で適切な周波数の電磁放射にさらされると、システムはより高い状態にジャンプして「クリック」を記録します。
この種の検出器は、理論的には測定に使用できます。 ウンルー放射線、量子真空から宇宙を加速している観測者に現れると予測される粒子の熱浴。 新しい研究で提示されたシナリオでは、代わりに ホーキング放射線. これは、量子真空内の仮想の粒子と反粒子のペアがブラック ホールの事象の地平線で引き裂かれるときに生成されると予測されている放射です。反粒子はその後空隙に消え、粒子は周囲の空間に放出されます。
彼らの思考実験では、カルテットは、ブラック ホールのイベント ホライズンの外側の特定のポイントに配置された Unruh-deWitt 検出器を想定しています。検出器の固定位置は、ホーキング放射を生成するブラック ホールからの加速度によって有効になります。 研究者は、その検出器の出力に対するブラック ホールの質量の重ね合わせの影響を考慮します。
距離の重ね合わせ
彼らが説明するように、XNUMX つの質量は一般相対性理論の場の方程式に異なる解をもたらし、それによって異なる時空を生み出します。 結果として得られる時空の重ね合わせは、検出器を事象の地平線からの距離の重ね合わせに残し、事実上、アームがそれぞれブラック ホール質量の XNUMX つに関連付けられている干渉計を作成します。 検出器がクリックする確率は、重ね合わせに存在する質量によって異なります。
Banados-Teitelboim-Zanelli の定式化によって 1 つの空間次元で記述される比較的単純なブラック ホールの計算を行うと、物理学者は驚くべき結果を得ました。 彼らは、重ね合わせ質量比の平方根の関数として、ブラック ホールから放出された粒子を検出する確率をプロットし、それらの値が XNUMX/ に等しいときに鋭いピークを見つけました。n、と n 整数であること。
アナログブラックホールに発見された絡み合ったホーキング放射
研究者たちは、この現象は、1970 年代にアメリカとイスラエルの物理学者であるジェイコブ ベケンスタインによって予測されたブラック ホールの質量に対応する干渉計アーム内の放射間の建設的な干渉によるものであると考えています。 彼は、ブラック ホールの事象の地平線の表面積、つまりその質量が断熱不変量であることを示しました。 これは、ゆっくりと作用したときに一定のままであり、質量が量子化される物理的特性です。
「この結果は、ベケンシュタインの予想を独立して支持するものです」と研究者は書いています。 Physical Review Lettersに、「検出器の励起確率が量子ブラックホールの真の量子重力特性をどのように明らかにできるかを実証する」.
XNUMX 人の物理学者は、ブラック ホールの質量が Bekenstein の予想によって予測された離散的なバンド内に収まる必要があると仮定せずに、結果が彼らの計算から得られたことを強調しています。 彼らは、彼らの技術が XNUMX つの空間次元でのブラック ホールのより複雑な記述に拡張できる可能性があると付け加えています。
