Fizicienii au simulat o gaură neagră în laborator. Apoi a început să strălucească

Un analog al unei găuri negre ne-ar putea dezvălui câteva lucruri despre o radiație evazivă emisă la modul teoretic de o gaură neagră reală. Astfel, cercetătorii au simulat o gaură neagră în laborator, pentru a testa o teorie mai veche.

Utilizând un lanț de atomi în linie simplă pentru a simula orizontul de evenimente al unei găuri negre, o echipă de fizicieni a observat în anul 2022 echivalentul a ceea ce noi numim radiație Hawking: particule născute din perturbații ale fluctuațiilor cuantice cauzate de ruptura în spațiu-timp a găurii negre.

Acest lucru, spun ei, ar putea ajuta la rezolvarea tensiunii dintre două cadre în prezent ireconciliabile de descriere a Universului: teoria generală a relativității, care descrie comportamentul gravitației ca un câmp continuu cunoscut sub numele de spațiu-timp; și mecanica cuantică, care descrie comportamentul particulelor discrete folosind matematica probabilităților.^[sursa]

Pentru o teorie unificată a gravitației cuantice care să poată fi aplicată la nivel universal, aceste două teorii imiscibile trebuie să găsească o modalitate de a se înțelege cumva.

Aici intră în scenă găurile negre, probabil cele mai ciudate și extreme obiecte din Univers. Aceste obiecte masive sunt atât de incredibil de dense încât, la o anumită distanță față de centrul de masă al găurii negre, nicio viteză din Univers nu este suficientă pentru a scăpa. Nici măcar viteza luminii.

Această distanță, care variază în funcție de masa găurii negre, se numește orizontul evenimentelor. Odată ce un obiect trece de granița acestuia, nu putem decât să ne imaginăm ce se întâmplă, deoarece nimic nu se întoarce cu informații vitale despre soarta sa. Însă, în anul 1974, celebrul fizician Stephen Hawking a propus că întreruperile fluctuațiilor cuantice cauzate de orizontul evenimentelor au ca rezultat un tip de radiație foarte asemănătoare cu radiația termică. Producerea radiației Hawking reduce masa găurii negre și este, prin urmare, cunoscută și ca evaporarea găurii negre.

Dacă această radiație Hawking există, ea este mult prea slabă pentru a fi detectată deocamdată. Este posibil ca noi să nu o putem extrage niciodată din statica șuierătoare a Universului. Dar îi putem cerceta proprietățile prin crearea unor analogi ai găurilor negre în laborator.

Cercetătorii au creat (oarecum) o gaură neagră în laborator

Acest lucru a mai fost făcut înainte, dar o echipă condusă de Lotte Mertens de la Universitatea din Amsterdam, Olanda, a încercat ceva nou.

Un lanț unidimensional de atomi a servit drept cale pentru ca electronii să „sară” dintr-o poziție în alta. Reglând ușurința cu care poate avea loc acest salt, fizicienii au putut face ca anumite proprietăți să dispară, creând efectiv un fel de orizont al evenimentelor care a interferat cu natura ondulatorie a electronilor.

Efectul acestui fals orizont de evenimente a produs o creștere a temperaturii care se potrivește cu așteptările teoretice ale unui sistem echivalent de găuri negre, a precizat echipa de cercetători, dar numai atunci când o parte a lanțului se extinde dincolo de orizontul de evenimente.

Acest lucru ar putea însemna că încâlcirea particulelor care traversează orizontul evenimentelor are un rol esențial în generarea radiației Hawking.

Radiația Hawking simulată a fost termică doar pentru o anumită gamă de amplitudini de salt și în cadrul unor simulări care au început prin a imita un tip de spațiu-timp considerat „plat”. Acest lucru sugerează că radiația Hawking poate fi termică doar într-o anumită categorie de situații și atunci când există o modificare a deformării spațiu-timpului din cauza gravitației.

Nu este clar ce înseamnă acest lucru pentru gravitația cuantică, dar modelul oferă o modalitate de a studia apariția radiației Hawking într-un mediu care nu este influențat de dinamica sălbatică a formării unei găuri negre. Și, pentru că este atât de simplu, poate fi pus în aplicare într-o gamă largă de setări experimentale, au declarat cercetătorii.

„Acest lucru, poate deschide un spațiu pentru explorarea aspectelor fundamentale de mecanică cuantică alături de gravitație și curbele spaţiu-timpului în diverse medii de materie condensată.”, au mai scris cercetătorii.