Un experiment în care a fost simulată o gaură neagră în laborator a produs un rezultat ce ar putea ajuta la rezolvarea uneia dintre problemele majore ale fizici contemporane: concilierea între teoria relativității clasice și mecanica cuantică, scrie Science Alert.
Experimentul, realizat în 2022, a pus în evidență așa-numita radiație Hawking: o emisie de particule create în urma perturbării fluctuațiilor cuantice, ca urmare a rupturii produse de gaura neagră în continuumul spațio-temporal.
Teoria generală a relativității descrie gravitația în contextul un câmp continuu, cunoscut sub numele de spațiu-timp, în timp ce mecanica cuantică descrie comportamentul particulelor folosind matematica probabilităților.
Găurile negre sunt obiecte incredibil de dense, iar la o anumită distanță de centrul de masă al acestor corpuri nimic nu poate scăpa atracției lor gravitaționale.
Limita se numește orizontul de evenimente. Nici măcar fotonii de lumină nu pot evada din această capcană.
Odată ce un corp traversează orizontul de evenimente, se poate doar specula cu privire la soarta sa, deoarece nicio observație nu este accesibilă pentru un observator extern.
În 1974, fizicianul Stephen Hawking a propus ipoteza conform căreia întreruperile fluctuațiilor cuantice provocate de însăși orizontul de evenimente ar determina apariția unui tip de radiație foarte asemănător cu radiația termică.
Dacă radiația Hawking există, ea este mult prea slabă pentru a putea fi detectată de oameni în jurul găurilor negre cu mijloacele din prezent.
Din acest motiv, a fost realizat experimentul cu simularea unei găuri negre în laborator. S-a mai încercat în trecut acest lucru dar, în noiembrie 2022, o echipă condusă de Lotte Mertens de la Universitatea din Amsterdam din Țările de Jos a încercat o abordare nouă.
Citește și
Radiația Hawking, detectată atunci când continuumul spațio-temporal s-a "aplatizat"
Un lanț unidimensional de atomi a servit drept mijloc pentru a determina electronii să "sară" de la un nivel cuantic la altul.
Prin reglarea treptelor de salt, fizicienii au putut face ca anumite proprietăți ale materiei să dispară, simulând în mod efectiv un "orizont de evenimente" care a interferat cu natura ondulatorie a electronilor.
În urma experimentului, s-a constatat o creștere a temperaturii, care corespunde așteptărilor teoretice legate de un sistem echivalent de găuri negre, dar numai atunci când o parte a lanțului de electroni se extinde dincolo de orizontul de evenimente.
Acest lucru ar putea însemna că întrepătrunderea particulelor care traversează orizontul de evenimente este esențială în generarea radiației Hawking.
Radiația termică a fost evidențiată numai pentru o anumită gamă de amplitudini ale salturilor și în cadrul unor simulări în care continuumul spațiu-timp a fost prezumat drept "plat".
Nu este clar încă ce înseamnă acest lucru pentru înțelegerea gravitației, din perspectiva teoriei cuantice.
Totuși, experimentul oferă o modalitate de a studia apariția radiației Hawking într-un mediu care nu este legat de existența fizică a unei găuri negre din Univers.
"Acest lucru poate deschide o cale de explorare a aspectelor fundamentale ale mecanicii cuantice, alături de gravitație și continuumuri spațio-temporale deformate, în diverse configurații ale materiei condensate", au concluzionat autorii studiului.
