Les chercheurs ont, pour la première fois, identifié les conditions suffisantes et nécessaires que la limite de basse énergie des théories de la gravité quantique doit satisfaire pour préserver les principales caractéristiques de l'effet Unruh.

Dans une nouvelle étude, dirigé par des chercheurs de SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, l'Université Complutense de Madrid et l'Université de Waterloo, un cadre théorique solide est fourni pour discuter des modifications de l'effet Unruh causées par la microstructure de l'espace-temps.

L'effet Unruh, du nom du physicien canadien qui l'a théorisé en 1976, est la prédiction qu'une personne qui a la propulsion et donc accélère observerait des photons et d'autres particules dans un espace apparemment vide tandis qu'une autre personne qui est inertielle verrait un vide dans cette même zone.

"Les observateurs inertiels et accélérés ne sont pas d'accord sur le sens de "l'espace vide, '" dit Raúl Carballo-Rubio, chercheur postdoctoral à SISSA, Italie. "Ce qu'un observateur inertiel portant un détecteur de particules identifie comme un vide n'est pas vécu comme tel par un observateur accélérant à travers ce même vide. Le détecteur accéléré trouvera des particules en équilibre thermique, comme un gaz chaud."

"La prédiction est que la température enregistrée doit être proportionnelle à l'accélération. D'autre part, il est raisonnable de s'attendre à ce que la microstructure de l'espace-temps ou, plus généralement, toute nouvelle physique qui modifie la structure de la théorie quantique des champs à courte distance, induirait des dérogations à cette loi. Alors que probablement n'importe qui conviendra que ces écarts doivent être présents, il n'y a pas de consensus quant à savoir si ces écarts seraient grands ou petits dans un cadre théorique donné. C'est précisément la question que nous voulions comprendre."

"Ce que nous avons fait est d'analyser les conditions pour avoir l'effet Unruh et a constaté que contrairement à une croyance étendue dans une grande partie de la réponse thermique de la communauté pour les détecteurs de particules peut se produire sans état thermique, " a déclaré Eduardo Martin-Martinez, professeur adjoint au Département de mathématiques appliquées de Waterloo. "Nos résultats sont importants parce que l'effet Unruh est à la frontière entre la théorie quantique des champs et la relativité générale, c'est ce que nous savons, et la gravité quantique, que nous n'avons pas encore compris."

"Donc, si quelqu'un veut développer une théorie de ce qui se passe au-delà de ce que nous savons de la théorie quantique des champs et de la relativité, ils doivent garantir qu'ils satisfont aux conditions que nous identifions dans leurs limites de basse énergie."

Les chercheurs ont analysé la structure mathématique des corrélations d'un champ quantique dans des cadres au-delà de la théorie des champs quantiques standard. Cette analyse a ensuite été utilisée pour identifier les trois conditions nécessaires et suffisantes pour préserver l'effet Unruh. Ces conditions peuvent être utilisées pour déterminer les prédictions à basse énergie des théories de la gravité quantique et les résultats de cette recherche fournissent les outils nécessaires pour faire ces prédictions dans un large éventail de situations.

Ayant pu déterminer comment l'effet Unruh est modifié par des altérations de la structure de la théorie quantique des champs, ainsi que l'importance relative de ces modifications, les chercheurs pensent que l'étude fournit un cadre théorique solide pour discuter et peut-être tester cet aspect particulier comme l'une des manifestations phénoménologiques possibles de la gravité quantique. Ceci est particulièrement important et approprié même si l'effet n'a pas encore été mesuré expérimentalement, comme cela devrait être vérifié dans un avenir pas si lointain.