Percepción de las radiaciones Hawking y Unruh por distintos observadoresaplicaciones de la función de temperatura efectiva

Resumen

En esta tesis se ha realizado un estudio de la percepción de los fenómenos de radiación en Teoría cuántica de Campos en sistemas de referencia no inerciales y en agujeros negros, en particular los conocidos fenómenos de la radiación de Hawking y el efecto Unruh. Se ha considerado un campo escalar de Klein-Gordon real sin masa como campo de radiación. Para llevar a cabo el estudio, se han utilizado dos herramientas: los detectores de partículas de Unruh-DeWitt macroscópicos y la función de temperatura efectiva, esta última basada en el cálculo del espectro percibido mediante transformaciones de Bogoliubov. Utilizando el modelo de detector de Unruh-DeWitt, se ha propuesto una expansión adiabática de las propiedades de detección de estos objetos cuando siguen trayectorias con aceleración lineal lentamente variable en el espacio-tiempo de Minkowski. Esta expansión adiabática permite calcular el espectro detectado a lo largo de dichas trayectorias, y en ella se encuentra el espectro térmico característico del efecto Unruh como término de orden cero en la expansión. Por otra parte, mediante la función de temperatura efectiva se ha estudiado la percepción de la radiación de Hawking por observadores siguiendo distintas trayectorias radiales en el exterior de un agujero negro de Schwarzschild. Para simular el proceso de encendido de la radiación en un escenario real de colapso, se ha introducido un estado de vacío no estacionario para el campo de radiación que interpola suavemente entre la ausencia de radiación en el pasado asintótico y la radiación de Hawking en el futuro asintótico. Uno de los resultados más importantes del análisis realizado es el hecho de que, en general, los observadores en caída libre no detectan vacío al cruzar el horizonte de sucesos, aun cuando el campo se encuentra en el vacío de Unruh, hecho que podemos explicar debido a un factor Doppler que diverge en el horizonte. Tras un estudio caso por caso de distintos observadores, procedemos a dar una expresión general para la función de temperatura efectiva, la cual tiene una clara interpretación en términos de fenómenos físicos conocidos. Discutimos especialmente qué contribución a la percepción de radiación de un observador cualquiera procede de la radiación emitida por el agujero negro, y cuál procede del efecto Unruh que experimenta el propio observador debido a su estado de movimiento. De esta discusión concluimos que, en general, el efecto Unruh no se debe únicamente a la aceleración propia del observador, ni puede definirse localmente, sino que se debe a la aceleración del observador con respecto a la región asintótica del espacio-tiempo. También aplicamos la expresión general de la función de temperatura efectiva encontrada al análisis de diversas situaciones físicas, en particular a un posible escenario de flotación en las cercanías de un agujero negro debido a la radiación de Hawking. Finalmente, proponemos un estado de vacío no estacionario, que denominamos vacío pulsante, para el campo de radiación en el exterior de un objeto celeste esféricamente simétrico y cercano a la formación de un horizonte. En este estado de vacío se tiene radiación muy similar a la radiación de Hawking emitida por el objeto, pero evitando los conocidos problemas de la paradoja de la información y el problema transplanckiano. Bibliografía: [1] Hawking S W 1975 Particle creation by black holes Commun. Math. Phys. 43 199{220; Erratum: ibid. 1976 46 206 [2] W.G. Unruh. Notes on black hole evaporation. Phys.Rev. D14:870, 1976. [3] Bryce S. DeWitt. Quantum gravity: The new synthesis. 1980. [4] W.G. Unruh and R.M. Wald, Phys. Rev. D 25, 942 (1982); 27, 2271 (1983). [5] Bekenstein, Jacob D. «Non-Archimedean character of quantum buoyancy and the generalized second law of thermodynamics». Physical Review D 60, no. 12 (noviembre 22, 1999): 124010. [6] Carlos Barceló, Stefano Liberati, Sebastiano Sonego, and Matt Visser. Minimal conditions for the existence of a Hawking-like flux. Phys. Rev., D83:041501, 2011. [7] Carlos Barceló, Stefano Liberati, Sebastiano Sonego, and Matt Visser. Hawking-like radiation from evolving black holes and compact horizonless objects. JHEP, 1102:003, 2011. [8] Wald, Robert M. General Relativity. University of Chicago Press, 1984. [9] N.D. Birrell and P.C.W. Davies. Quantum fields in curved space. Cambridge monographs on mathematical physics. Cambridge University Press, 1984.