В 1976 году канадский физик Билл Унру задал простой вопрос: что видит наблюдатель, который разгоняется в пустоте? Ответ оказался странным: пустота перестаёт быть пустой. Ускоряющийся наблюдатель купается в тепловом излучении с температурой, пропорциональной ускорению. Для ускорения $10^{20}$ g — в миллиарды миллиардов раз больше земного — эта температура составляет около 4000 К, как поверхность красной звезды. Но рождается она из чистого вакуума.

Поймать это излучение — всё равно что разглядеть слабый огонёк свечи рядом с прожектором. В реальном эксперименте электроны, ускоряемые лазером, не только чувствуют тепловую ванну Унру, но и рассеивают фотоны самого лазера — это комптоновское излучение, мощный фон. Авторы новой работы построили полную трёхмерную модель обоих процессов для двух установок: FACET-II (a0=5, энергия 10 ГэВ) и LUXE (a0=23.6, энергия 16.5 ГэВ). Они проследили, куда летят фотоны Унру и комптоновские фотоны, и сравнили их спектрально-угловые распределения.

Результат напоминает карту звёздного неба, на которой нужно найти тусклую галактику среди ярких звёзд. При параметрах FACET-II отношение сигнала к фону достигает максимума около $10^{-5}$ в угловом диапазоне 150–400 микрорадиан, но абсолютный сигнал крайне мал. Однако для LUXE, где лазерное поле в 23.6 раза сильнее, чем у критического поля, отношение возрастает более чем на два порядка, превышая $10^{-3}$. Пик приходится на угол около 800 микрорадиан и энергии фотонов 2–6 ГэВ. Почему так? Скорость рождения унру-фотонов растёт с квантовым параметром χ быстрее, чем комптоновское излучение, поэтому более интенсивный лазер даёт преимущество сигналу.

Авторы не остановились на одиночных электронах. Они рассмотрели плотные пучки, где коллективные эффекты могут усилить поле. С помощью уравнения Власова они нашли, что при плотностях выше $10^{21}$ см^-3 плазменная частота превышает лазерную, усиливая суммарное поле и температуру Унру. Это открывает новое направление, которое раньше не рассматривалось.

Работа превращает поиск эффекта Унру из теоретической задачи в практическую программу. Раньше было неясно, можно ли выделить слабый сигнал на фоне комптоновского излучения в реальных экспериментах. Теперь показано, что при определённых углах и энергиях (200–800 мкрад, 2–6 ГэВ) отношение сигнала к фону достигает $10^{-3}$ на LUXE, что делает детектирование потенциально возможным. Это достигнуто благодаря полной трёхмерной модели обоих процессов и сравнению их распределений для конкретных установок. Результаты могут служить руководством для планирования экспериментов на FACET-II и LUXE уже в ближайшие годы.

Свеча рядом с прожектором перестаёт быть невидимой: если знать, куда смотреть. Окна детектирования, найденные в этой работе, — первые карты таких мест. Возможно, именно там, в узком конусе излучения, впервые проявится тепловой шум пустоты.