Kuantum süperpozisyonu sadece atom altı parçacıkların bir özelliği değil, aynı zamanda evrendeki en büyük kütleli nesnelerin de bir özelliğidir. Bu, bir kara delikten biraz uzağa yerleştirilmiş bir parçacık detektörünün varsayımsal tepkisini hesaplayan Avustralya ve Kanada'daki dört teorik fizikçinin vardığı sonuçtur. Araştırmacılar, dedektörün üst üste binmiş uzay-zamanların yeni işaretlerini göreceğini söylüyor, bu da kara deliğin aynı anda iki farklı kütleye sahip olabileceğini ima ediyor.
Kara delikler, yıldızlar gibi son derece büyük nesneler bir tekilliğe - sonsuz yoğunluğa sahip bir noktaya - çöktüğünde oluşur. Bir kara deliğin yerçekimi alanı o kadar büyüktür ki hiçbir şey, ışık bile onun pençesinden kaçamaz. Bu, tekilliğin etrafında, evrenin geri kalanından tamamen kopuk ve olay ufku olarak bilinen şeyle sınırlanmış küresel bir uzay bölgesi yaratır.
Kara deliklerin fiziğine yönelik aktif bir araştırma alanı, tutarlı bir kuantum yerçekimi teorisi geliştirmeyi amaçlamaktadır. Bu, kuantum mekaniği ile Einstein'ın genel görelilik kuramını uzlaştıracak olan teorik fiziğin önemli bir hedefidir. Fizikçiler, özellikle, kuantum süperpozisyonunda karadelikleri göz önünde bulundurarak, uzay-zamanın kuantum doğasına dair içgörüler kazanmayı umuyorlar.
Unruh–deWitt dedektörü
içinde en son iş, bildirildi Physical Review Letters, Joshua Foo ve Magdalena Zych Queensland Üniversitesi ile birlikte Cemile Arabacı ve Robert Mann Waterloo Üniversitesi'nde, uzay-zaman süperpozisyonlarını incelemek için yeni bir operasyonel çerçeve olarak tanımladıkları şeyin ana hatlarını çizin. Genel göreliliği ölçmek için "yukarıdan aşağıya" bir yaklaşım kullanmak yerine, bir kara deliğin kuantum durumunun Unruh-deWitt detektörü adı verilen belirli bir fiziksel cihazın davranışı üzerindeki etkilerini göz önünde bulundururlar.
Bu, bir kuantum alanına bağlı bir kutudaki parçacık gibi iki durumlu bir sistem içeren varsayımsal bir cihazdır. Düşük enerji durumundayken ve tam olarak doğru frekanstaki elektromanyetik radyasyona maruz kaldığında, sistem daha yüksek durumuna atlar ve bir "klik" sesi kaydeder.
Bu tür bir detektör teorik olarak ölçüm yapmak için kullanılabilir. ruhsuz radyasyon, kuantum vakumundan uzayda hızlanan bir gözlemciye görüneceği tahmin edilen parçacıkların bir ısı banyosu. Yeni araştırmada ortaya konan senaryoda, bunun yerine Hawking radyasyonu. Bu, kuantum boşluğundaki sanal parçacık-karşı parçacık çiftleri bir kara deliğin olay ufkunda parçalandığında yaratılacağı tahmin edilen radyasyondur - karşıt parçacık daha sonra boşlukta kaybolur ve parçacık çevreleyen boşluğa yayılır.
Dörtlü, düşünce deneylerinde, bir kara deliğin olay ufkunun dışında belirli bir noktaya yerleştirilmiş bir Unruh-deWitt dedektörü tasavvur ediyor ve dedektörün sabit konumu, Hawking radyasyonunu veren kara delikten uzaklaşan bir ivmeyle etkinleştiriliyor. Araştırmacılar, kara deliğin kütlesinin süperpozisyonunun o detektörün çıktısı üzerindeki etkisini değerlendiriyor.
mesafelerin süperpozisyonu
Açıkladıkları gibi, iki kütle genel göreliliğin alan denklemlerine ve dolayısıyla farklı uzay-zamanlara farklı çözümler verir. Sonuçta ortaya çıkan uzay-zaman süperpozisyonu, detektörü olay ufkundan mesafelerin süperpozisyonunda bırakır ve aslında kollarının her biri karadelik kütlelerinden biriyle ilişkilendirilmiş bir interferometre oluşturur. Dedektörün tıklama olasılığı, süperpozisyonda hangi kütlelerin mevcut olduğuna bağlıdır.
Banados-Teitelboim-Zanelli formülasyonu ile iki uzamsal boyutta açıklanan nispeten basit bir kara delik için hesaplamalar yapan fizikçiler, çarpıcı bir sonuç elde ettiler. Süperpozisyon kütle oranlarının karekökünün bir fonksiyonu olarak kara delik tarafından yayılan bir parçacığı tespit etme olasılığını çizdiler ve bu değerler 1/XNUMX'e eşit olduğunda keskin tepe noktaları buldular.nIle n tamsayı olmak.
Analog kara delikte dolaşık Hawking radyasyonu tespit edildi
Araştırmacılar bu davranışı, 1970'lerde Amerikalı-İsrailli fizikçi Jacob Bekenstein tarafından tahmin edilen kara delik kütlelerine karşılık gelen interferometre kollarındaki radyasyon arasındaki yapıcı girişime bağlıyorlar. Bir kara deliğin olay ufkunun yüzey alanının - ve dolayısıyla kütlesinin - adyabatik bir değişmez olduğunu gösterdi. Bu, yavaş hareket edildiğinde sabit kalan ve kütlenin kuantize edilmesiyle sonuçlanan fiziksel bir özelliktir.
Araştırmacılar, "Bu sonuç, Bekenstein'ın varsayımına bağımsız destek sağlıyor" diye yazıyor. Physical Review Letters, "dedektörün uyarım olasılığının, bir kuantum kara deliğin gerçek bir kuantum-kütleçekimsel özelliğini nasıl ortaya çıkarabileceğini gösteriyor".
Dört fizikçi, sonucun, kara delik kütlesinin Bekenstein'ın tahmini tarafından tahmin edilen ayrık bantlar içinde kalması gerektiğini varsaymadan kendi hesaplamalarından çıktığını vurguluyor. Tekniklerinin, üç uzamsal boyuttaki kara deliklerin daha karmaşık tanımlarına genişletilebileceğini ve bunun evrenimizdeki kuantum yerçekiminin etkileri hakkında ek bilgiler sağlayacağını söylüyorlar.
