L'effetto Unruh per un detector in uno stato quantistico delocalizzato

Abstract

L’effetto Unruh è una previsione della teoria quantistica dei campi secondo la quale un osservatore accelerato osserva un gas di particelle a temperatura proporzionale alla sua stessa accelerazione dove, invece, un osservatore inerziale vedrebbe spazio vuoto. Il background appare quindi come caldo dal sistema di riferimento accelerato. In questa tesi descriviamo inizialmente l’effetto Unruh nel formalismo della master equation, dando una dimostrazione chiara del fenomeno fisico. In seguito, trattiamo il caso di un sistema quantistico delocalizzato che viene accelerato. In particolare, il sistema viene preso in una sovrapposizione (quantistica) di traiettorie accelerate che hanno accelerazioni proprie diverse. Questo porta ad una sovrapposizione quantistica di stati termici tale per la quale nessuna delle temperature può essere ricondotta direttamente al sistema quantistico accelerato. Questo effetto potrebbe portare all’interferenza di stati termici (di Unruh) che potrebbe essere osservata in un set-up sperimentale. In questo senso, verrà discusso quali sono le possibili implementazioni per misurare questo effetto e se queste sono compatibili con la tecnologia disponibile al momento.

The Unruh effect is a prediction of quantum field theory that enunciates that an accelerating observer will detect a gas of particles with temperature proportional to the acceleration whereas an inertial observer would see empty space. The background then appears to be warm from the accelerating frame.

In this thesis we first describe the Unruh effect in the master equation formalism, giving a clear demonstration of the phenomenon. Afterwards, we consider the case of a delocalized quantum system being accelerated. In particular, this system is taken in a (quantum) superposition of accelerated trajectories, with different proper accelerations. This leads to a quantum superposition of thermal states so that no temperature can be associated to the accelerating quantum system. This novel effect could lead to interference of thermal, i.e., Unruh, state that can be observed in experimental set-ups. In this direction, we will discuss which are the possible implementation to measure this effect and if those are compatible with the current technology.