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Los físicos partieron en busca del brillo cuántico largamente buscado

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Los físicos partieron en busca del brillo cuántico largamente buscado

De acuerdo con una predicción conocida como el Efecto Unruh, los pilotos del Millenium Falcon probablemente verían un resplandor caliente al saltar al hiperespacio. Crédito: Christine Daniloff, MIT

Un nuevo enfoque podría detectar el escurridizo efecto Unruh en horas, en lugar de miles de millones de años.

Para los fanáticos de «Star Wars», las estrellas fugaces vistas desde la cabina del Halcón Milenario mientras salta a través del hiperespacio es una imagen canónica. Pero, ¿qué vería realmente un piloto si pudiera acelerar en un instante a través del vacío del espacio? Definitivamente vería un brillo cálido, según una predicción conocida como el Efecto Unruh.

Desde la década de 1970, cuando se propuso por primera vez, el efecto Unruh ha escapado a la detección, debido al hecho de que la probabilidad de ver el efecto es infinitesimalmente pequeña, lo que requiere aceleraciones increíbles o largos períodos de tiempo de observación. Sin embargo, investigadores de[{» attribute=»»>MIT and the University of Waterloo believe they have discovered a mechanism to dramatically boost the likelihood of observing the Unruh effect, which they describe in a study published today (April 26, 2022) in Physical Review Letters.

Rather than observing the effect spontaneously, as previous researchers have attempted in the past, the team proposes stimulating the phenomenon, in a very particular way that amplifies the Unruh effect while suppressing other competing effects. The researchers compare their concept to casting an invisibility cloak over other conventional phenomena, which should then reveal the much less obvious Unruh effect.

If it can be realized in a practical experiment, this new stimulated approach, with an added layer of invisibility (or “acceleration-induced transparency,” as described in the paper) could vastly increase the probability of observing the Unruh effect. Instead of waiting longer than the age of the universe for an accelerating particle to produce a warm glow as the Unruh effect predicts, the team’s approach would shave that wait time down to a few hours.

“Now at least we know there is a chance in our lifetimes where we might actually see this effect,” says study co-author Vivishek Sudhir, assistant professor of mechanical engineering at MIT, who is designing an experiment to catch the effect based on the group’s theory. “It’s a hard experiment, and there’s no guarantee that we’d be able to do it, but this idea is our nearest hope.”

The study’s co-authors also include Barbara Šoda and Achim Kempf of the University of Waterloo.

Close connection

The Unruh effect is also known as the Fulling-Davies-Unruh effect, after the three physicists who initially proposed it. The prediction states that a body that is accelerating through a vacuum should in fact feel the presence of warm radiation purely as an effect of the body’s acceleration. This effect has to do with quantum interactions between accelerated matter and quantum fluctuations within the vacuum of empty space.

To produce a glow warm enough for detectors to measure, a body such as an atom would have to accelerate to the speed of light in less than a millionth of a second. Such an acceleration would be equivalent to a g-force of a quadrillion meters per second squared (a fighter pilot typically experiences a g-force of 10 meters per second squared).

“To see this effect in a short amount of time, you’d have to have some incredible acceleration,” Sudhir says. “If you instead had some reasonable acceleration, you’d have to wait a ginormous amount of time — longer than the age of the universe — to see a measurable effect.”

What, then, would be the point? For one, he says that observing the Unruh effect would be a validation of fundamental quantum interactions between matter and light. And for another, the detection could represent a mirror of the Hawking effect — a proposal by the physicist Stephen Hawking that predicts a similar thermal glow, or “Hawking radiation,” from light and matter interactions in an extreme gravitational field, such as around a black hole.

“There’s a close connection between the Hawking effect and the Unruh effect — they’re exactly the complementary effect of each other,” says Sudhir, who adds that if one were to observe the Unruh effect, “one would have observed a mechanism that is common to both effects.”

A transparent trajectory

The Unruh effect is predicted to occur spontaneously in a vacuum. According to quantum field theory, a vacuum is not simply empty space, but rather a field of restless quantum fluctuations, with each frequency band measuring about the size of half a photon. Unruh predicted that a body accelerating through a vacuum should amplify these fluctuations, in a way that produces a warm, thermal glow of particles.

In their study, the researchers introduced a new approach to increase the probability of the Unruh effect, by adding light to the entire scenario — an approach known as stimulation.

“When you add photons into the field, you’re adding ‘n’ times more of those fluctuations than this half a photon that’s in the vacuum,” Sudhir explains. “So, if you accelerate through this new state of the field, you’d expect to see effects that also scale ‘n’ times what you would see from just the vacuum alone.”

However, in addition to the quantum Unruh effect, the additional photons would also amplify other effects in the vacuum — a major drawback that has kept other hunters of the Unruh effect from taking the stimulation approach.

Šoda, Sudhir, and Kempf, however, found a work-around, through “acceleration-induced transparency,” a concept they introduce in the paper. They showed theoretically that if a body such as an atom could be made to accelerate with a very specific trajectory through a field of photons, the atom would interact with the field in such a way that photons of a certain frequency would essentially appear invisible to the atom.

“When we stimulate the Unruh effect, at the same time we also stimulate the conventional, or resonant, effects, but we show that by engineering the trajectory of the particle, we can essentially turn off those effects,” Šoda says.

By making all other effects transparent, the researchers could then have a better chance of measuring the photons, or the thermal radiation coming from only the Unruh effect, as the physicists predicted.

The researchers already have some ideas for how to design an experiment based on their hypothesis. They plan to build a laboratory-sized particle accelerator capable of accelerating an electron to close to the speed of light, which they would then stimulate using a laser beam at microwave wavelengths. They are looking for ways to engineer the electron’s path to suppress classical effects, while amplifying the elusive Unruh effect.

“Now we have this mechanism that seems to statistically amplify this effect via stimulation,” Sudhir says. “Given the 40-year history of this problem, we’ve now in theory fixed the biggest bottleneck.”

Reference: “Acceleration-Induced Effects in Stimulated Light-Matter Interactions” by Barbara Šoda, Vivishek Sudhir and Achim Kempf, 21 April 2022, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.163603

This research was supported, in part, by the National Science and Engineering Research Council of Canada, the Australian Research Council, and a Google Faculty Research Award.

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El Boeing Starliner llega a la plataforma de lanzamiento para el primer vuelo de astronautas el 6 de mayo (fotos)

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El Boeing Starliner llega a la plataforma de lanzamiento para el primer vuelo de astronautas el 6 de mayo (fotos)

CABO CAÑAVERAL — ¡Que Rocket Force esté contigo!

Un cohete Atlas V se desplegó en su plataforma de lanzamiento el sábado 4 de mayo, también Día de Star Wars, en la estación espacial de Cabo Cañaveral, días antes de su histórica primera misión con astronautas. En lo alto del propulsor de United Launch Alliance estaba la nave espacial Starliner de Boeing, que también realizará su primer vuelo con humanos a bordo después de su lanzamiento no antes del lunes 6 de mayo.

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Probablemente nos equivoquemos nuevamente sobre el T.Rex, según un nuevo estudio: ScienceAlert

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Probablemente nos equivoquemos nuevamente sobre el T.Rex, según un nuevo estudio: ScienceAlert

¿Estúpido idiota o músculo inteligente? El debate ha terminado Tirano saurio Rex La inteligencia continúa, con un nuevo artículo que se basa en la teoría original de que estos temibles gigantes no eran tan brillantes.

En 2023, un controvertido estudio sugirió que uno de los dinosaurios más infames del mundo, tirano-saurio RexPodría ser tan inteligente como los simios modernos, lo que provocó mucho escepticismo entre otros investigadores que ahora han presentado sus resultados.

«La posibilidad de que Tirano saurio Rex podría haber sido tan inteligente como un babuino es fascinante y aterrador, con el potencial de reinventar nuestra visión del pasado», explicar Darren Naish, paleontólogo de la Universidad de Southampton. «Pero nuestro estudio muestra cómo todos los datos que tenemos van en contra de esta idea».

Dirigido por el zoólogo Kai Caspar de Universidad Heinrich Heine en AlemaniaEl nuevo estudio encontró que las mediciones del tamaño del cerebro en el estudio de 2023 eran inexactas, lo que inflaba las estimaciones sobre cuántas neuronas los reptiles prehistóricos podían caber en sus cabezas, particularmente en el prosencéfalo.

Esta sobreestimación se debió principalmente al hecho de que el artículo original suponía Tirano saurio Rex El cerebro ocupaba la mayor parte del espacio endocraneal, lo que no ocurre en la mayoría de los dinosaurios, Naish explica en un artículo de blog.

Relación entre cerebro y masa corporal en vertebrados terrestres. los dinosaurios aman Tirano saurio Rex Tienen una proporción de tamaño cerebro-cuerpo similar a la de los reptiles vivos. (Gutiérrez-Ibáñez)

Además, Caspar y sus colegas sostienen que el número de neuronas no rastrea de manera confiable la inteligencia. Tomemos como ejemplo a los pájaros: durante mucho tiempo se pensó que el tamaño pequeño de su cabeza significaba que tenían menos neuronas y, por lo tanto, no eran muy inteligentes.

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Pero desde entonces hemos aprendido que aves como los cuervos pueden superar a los primates en ciertas tareas cognitivas a pesar de tener cabezas más pequeñas, lo que lleva a la conclusión de que otros factores además del tamaño del cerebro, como los patrones de conectividad, desempeñan un papel muy importante en la determinación de la inteligencia.

«Argumentamos que no es una buena práctica predecir la inteligencia en especies extintas cuando lo único que tenemos es la cantidad de neuronas reconstruidas a partir de endocasts». dicho Casper.

En cambio, se necesitan múltiples fuentes de datos, desde anatomía hasta pistas sobre el comportamiento y más comparaciones con los animales modernos, para hacer estimaciones más precisas sobre las inteligencias prehistóricas.

«Se necesita una comprensión significativamente mejorada de la relación entre el número de neuronas y otras variables biológicas, particularmente el rendimiento cognitivo, en los animales existentes» antes de que puedan ocurrir predicciones más precisas, dijo el equipo. argumenta en su artículo.

Árbol de relaciones entre reptiles, dinosaurios y aves así como su complejidad cerebral
Las relaciones entre grupos de reptiles, así como una representación de su complejidad cerebral, muestran que los cerebros de los tiranosaurios no son tan diferentes de los de los crocodilomorfos. (Caspar et al., El archivo anatómico2024).

Entonces, ¿dónde deja eso a la Tirano saurio Rex?

La evidencia conductual reciente sugiere que los famosos reptiles prehistóricos pueden haber sido sorprendentemente sociales, cazar en manadaspero esto no es suficiente para sugerir inteligencia a nivel de primates.

«Se parecían más a cocodrilos gigantes e inteligentes, y eso es igualmente fascinante». concluye Naish.

Esta investigación fue publicada en El archivo anatómico.

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El brillo de un exoplaneta podría provenir de la luz de las estrellas que se refleja en el hierro líquido

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El brillo de un exoplaneta podría provenir de la luz de las estrellas que se refleja en el hierro líquido
Agrandar / Impresión artística de una gloria en el exoplaneta WASP-76b.

¿Existen arcoíris en mundos distantes? Muchos fenómenos que ocurren en la Tierra, como la lluvia, los huracanes y la aurora boreal, también ocurren en otros planetas de nuestro sistema solar si las condiciones son adecuadas. Ahora tenemos evidencia desde fuera de nuestro sistema solar de que un exoplaneta particularmente extraño podría incluso mostrar algo parecido a un arco iris.

Un fenómeno llamado «gloria», que aparece en el cielo como un halo de colores, se produce cuando la luz incide en nubes formadas por una sustancia homogénea en forma de gotas esféricas. Esta podría ser la explicación de un misterio relacionado con las observaciones del exoplaneta WASP-76B. También se observó que este planeta, un gigante gaseoso en llamas que experimenta lluvias de hierro fundido, tiene más luz en su terminador oriental (una línea utilizada para separar el lado diurno del lado nocturno) que en su terminador occidental. ¿Por qué había más luz en un lado del planeta?

Después de observarla con el telescopio espacial CHEOPS y luego combinarla con observaciones anteriores del Hubble, Spitzer y TESS, un equipo de investigadores de la ESA y la Universidad de Berna en Suiza cree ahora que la razón más probable de esta luz adicional es una gloria. .

Mira la luz

Durante tres años, CHEOPS llevó a cabo 23 observaciones de WASP-76B en luz visible e infrarroja. Estos incluyen curvas de fasetránsitos y eclipses secundarios. Las curvas de fase son observaciones continuas que siguen la revolución completa de un planeta y muestran cambios en su fase o en la parte de su lado iluminado que mira al telescopio. El telescopio puede ver este lado más o menos a medida que el planeta orbita su estrella. Las curvas de fase pueden determinar el cambio en el brillo total del planeta y la estrella a medida que el planeta gira.

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Los eclipses secundarios ocurren cuando un planeta pasa detrás de su estrella anfitriona y es eclipsado por ella. La luz vista durante un eclipse de este tipo se puede comparar con la luz total antes y después de la ocultación para darnos una idea de la luz reflejada por el planeta. Los Júpiter calientes como WASP-76B se observan comúnmente durante los eclipses secundarios.

Las observaciones de las curvas de fase pueden continuar a medida que el planeta eclipsa a su estrella. Mientras observaba la curva de fase de WASP-76B, CHEOPS vio un exceso de luz previa al eclipse en su lado nocturno. Esto también se había observado en la curva de fase TESS y en las observaciones del eclipse secundario realizadas anteriormente.

¿El fin del arcoíris?

Una ventaja de WASP-76b es que es un Júpiter ultracaliente, por lo que al menos su lado diurno no presenta las nubes y nieblas que a menudo oscurecen las atmósferas de los Júpiter calientes y fríos. Esto hace que las emisiones al aire sean mucho más fáciles de detectar. Que ya habíamos observado una asimetría en el contenido de hierro entre los terminadores del lado diurno y del lado nocturno, descubierta en un estudio previo, hizo que el planeta fuera particularmente intrigante. No había mucho gas de hierro en la atmósfera superior de la rama diurna en comparación con la de la rama nocturna. Probablemente esto se deba a que llueve hierro en el lado diurno de WASP-76b, que luego se condensa en nubes de hierro en el lado nocturno.

Las observaciones de Hubble sugieren que la inversión térmica (cuando el aire cerca de la superficie de un planeta comienza a enfriarse) estaba ocurriendo en el lado nocturno. El enfriamiento en ese lado causaría la condensación del hierro que previamente se había condensado en nubes, llovió en el lado del día y luego se evaporó por el intenso calor. Entonces, las gotas de hierro líquido pueden formar nubes.

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Estas nubes son fundamentales ya que la luz de la estrella anfitriona, reflejada por estas gotas en estas nubes, puede crear un efecto de gloria.

«Para explicar la observación con el efecto Gloria se necesitarían gotas esféricas de aerosoles y nubes altamente reflectantes y de forma esférica sobre el hemisferio oriental del planeta», dijeron los investigadores en un artículo publicado recientemente en Astronomy & Astrophysics.

Glorias ya se han visto fuera de la Tierra. También se sabe que se forman en nubes de Venus. Al igual que WASP-76b, en Venus se observó más luz previa al eclipse. Entonces, aunque la gloria es casi definitiva para el exoplaneta, futuras observaciones con un telescopio más potente podrían ayudar a determinar qué tan similar es el fenómeno de WASP-76 al de WASP-76b. Venus. Si coinciden, será la primera gloria jamás observada en un exoplaneta.

Si futuras investigaciones encuentran una manera precisa de determinar si realmente es una gloria, estos fenómenos podrían decirnos más sobre la composición atmosférica de los exoplanetas, en función de los tipos de elementos o moléculas sobre los que se refleja la luz. Incluso podrían delatar la presencia de agua, lo que podría significar habitabilidad. Aunque la supuesta gloria de WASP-76b no se ha demostrado definitivamente, es todo menos un arco iris en la oscuridad.

Astronomía y astrofísica, 2024. DOI: 10.1051/0004-6361/202348270

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