Квантовый вакуум оказался горячим. Физики зафиксировали тепло из ничего — и это может переписать теории

Учёные из Хиросимского университета предложили новый способ экспериментально подтвердить эффект Унру — редкое предсказание теории, которое соединяет общую относительность и квантовую физику. Статья вышла в Physical Review Letters 23 июля 2025 года. Авторы описали схему, где проявление эффекта можно увидеть напрямую — как резкий скачок напряжения на сверхпроводящей цепи.

Суть эффекта Унру такова: то, что покоящемуся или движущемуся равномерно наблюдателю кажется пустым вакуумом, для ускоряющегося наблюдателя выглядит как тёплое излучение. То есть сам факт ускорения «превращает» виртуальные колебания вакуума в поток реальных частиц с определённой температурой. Однако подтвердить это напрямую мешает колоссальное требование: для линейного движения нужны ускорения порядка 10²⁰ м/с², что недостижимо современной техникой.

Физики нашли обходной путь. Вместо линейного разгона они используют круговое ускорение в сверхпроводящих кольцевых структурах — аннулярных джозефсоновских переходах . Внутри них могут циркулировать метастабильные пары «флюксон — антифлюксон», представляющие собой вихревые возмущения магнитного потока. Такие пары служат своеобразным детектором: при движении по малому радиусу достигаются огромные эффективные ускорения, и температура Унру оказывается порядка нескольких кельвинов — это уже уровень, доступный криогенной электронике.

Когда ускорение вызывает «квантовое тепло» вакуума, пара флюксон — антифлюксон распадается. На макроуровне это видно как отчётливый скачок напряжения на схеме. Сигнал не нужно выискивать среди шумов — переключение заметно напрямую, и его статистику можно аккуратно анализировать.

Для измерений исследователи используют распределение токов переключения, хорошо известный инструмент в джозефсоновской электронике . Оказалось, что именно ускорение сдвигает распределение, тогда как остальные параметры остаются неизменными. Такой «чистый» сдвиг служит однозначным отпечатком эффекта Унру и позволяет вычислить соответствующую температуру с высокой точностью.

Добиться подходящих условий стало возможно благодаря развитию микрофабрикации : современные технологии позволяют изготавливать сверхпроводящие кольца с очень маленьким радиусом. При вращении в таких структурах частицы испытывают экстремальные ускорения, а значит, температура Унру достигает нескольких кельвинов без гигантских линейных ускорителей.

Авторы отмечают, что их метод сочетает простоту считывания (скачок напряжения — однозначный индикатор) с высокой чувствительностью и прозрачной интерпретацией. Следующая задача — подробнее изучить механизмы распада пар «флюксон — антифлюксон», включая вклад макроскопического квантового туннелирования, когда возбуждения проходят сквозь потенциальный барьер. Разделив вклад туннелирования и тепловых флуктуаций, можно ещё точнее измерить температуру Унру.

Помимо фундаментального значения, подход обещает и прикладные перспективы. Та же технология сверхпроводящих колец с управляемой динамикой вихревых состояний может лечь в основу квантовых сенсоров , чувствительных к слабым возмущениям, ускорениям и полям. Но главное — появляется реальная возможность впервые в лаборатории подтвердить эффект Унру и тем самым связать квантовую теорию полей с релятивистской картиной движения, что открывает новый путь к пониманию природы пространства-времени.