Fizicieni israelieni de la Institutul Tehnologic Technion din Haifa au reușit să genereze o micro-gaură neagră în laborator în încercarea de a demonstra o teorie formulată de astrofizicianul Stephen Hawking. Conform acesteia, găurile negre emit spontan o formă de radiație, un fenomen nedemonstrat până acum, ce poartă numele de radiația Hawking, conform Live Science, citat de Agerpres.
Gaura neagră generată de cercetători în laborator era alcătuită dintr-un flux de gaz format din aproximativ 8.000 de atomi de rubidiu răciţi până aproape de zero absolut şi menţinuţi laolaltă de o rază laser. Astfel, ei au creat o stare exotică a materiei, denumită „condensat Bose-Einstein” (BEC), stare în care aceste câteva mii de atomi se comportă la unison, ca şi când ar fi un singur atom.
Folosind o a doua undă laser, echipa a creat un vârf de energie potenţială, ceea ce a dus la formarea unei „cascade” din gazul folosit în experiment, similară unei cascade obişnuite şi obţinând un orizont al evenimentului în care jumătate dintre atomii de gaz se deplasau cu o viteză supersonică, în timp ce cealaltă jumătate se deplasau cu o viteză mai mică. În cadrul acestui experiment, echipa a căutat perechi de fononi (unde sonice cuantice) care se formează în mod spontan în gaz, în loc de perechi de fotoni.
Astfel, un fonon din partea subsonică a experimentului poate să călătorească în amontele fluxului de gaz, îndepărtându-se de vârful de energie potenţială, în timp ce un fonon din jumătatea supersonică a fluxului rămâne prizonier în „cascadă”. „Este ca şi cum ai încerca să înoţi împotriva unui curent care este mai rapid decât viteza ta maximă de înot. Adică este la fel ca şi când te-ai afla în interiorul unei găuri negre de unde este imposibil să mai atingi orizontul evenimentului”, a explicat profesorul Jeff Steinhauer, profesor asociat de fizică la Institutul Technion.
Odată ce au detectat aceste perechi de fononi, cercetătorii au trebuit să confirme dacă erau corelate şi dacă radiaţia Hawking rămâne constantă de-a lungul timpului (dacă este staţionară). Acest proces a fost dificil, pentru că ori de câte ori fotografiau „gaura neagră” generată, aceasta era distrusă de căldura rezultată în acest proces. În consecinţă, echipa a repetat experimentul de nu mai puţin de 97.000 de ori şi a avut nevoie de peste 124 de zile de măsurători continue pentru a evidenţia aceste corelaţii dintre fononi. În cele din urmă, răbdarea le-a fost răsplătită.
„Am demonstrat că radiaţia Hawking este staţionară, ceea ce înseamnă că nu se modifică în timp, ceea ce este exact lucrul prezis de Stephen Hawking”, a subliniat profesorul Steinhauer.
Teoria lui Stephen Hawking
În 1974, astrofizicianul a lansat teoria conform căreia găurile negre, supermasivele puţuri gravitaţionale care distrug chiar şi stelele care se apropie prea mult de ele, nu sunt atât de „negre” precum se credea, întrucât pot emite în mod spontan radiaţii – un fenomen ce a primit numele de radiaţia Hawking, conform Live Science.
Această teorie nu a putut să fie verificată empiric pentru că niciun astronom nu a putut să observe vreodată radiaţia Hawking, iar cum manifestările naturale ale acestei radiaţii sunt imposibil de detectat în cazul găurilor negre cosmice, se părea că teoria lui Hawking va rămâne doar o teorie. Iată însă că lucrurile s-au schimbat şi, chiar dacă este în continuare imposibil să se apropie suficient de mult de o gaură neagră pentru a-i studia emisiile de radiaţii, oamenii de ştiinţă pot în schimb să genereze găuri negre miniaturale în condiţii de laborator.
Cercetătorii israelieni au reuşit să creeze în laborator echivalentul unei găuri negre din câteva mii de atomi. Ei şi-au propus să verifice două dintre cele mai importante predicţii lansate de Stephen Hawking – că emisia de radiaţie Hawking este un proces cuantic ce se produce spontan, din „nimic”, şi că această radiaţie este staţionară (nu-şi schimbă intensitatea în timp).
„O gaură neagră ar trebui să radieze la fel ca orice corp negru, care este un obiect cald ce emite în mod constant radiaţii în spectrul infraroşu”, spune Steinhauer. „Hawking a sugerat că găurile negre se comportă la fel ca toate stelele, care radiază în mod constant un anumit tip de energie. Aceasta este ipoteza pe care am dorit să o confirmăm prin studiul nostru şi am reuşit”, a adăugat el.
Gravitaţia unei găuri negre este atât de puternică, încât nici măcar lumina nu-i poate scăpa, odată ce particulele de lumină au trecut de orizontul evenimentului. Pentru a scăpa din orizontul evenimentului, orice particulă ar trebui să încalce legile fizicii şi să accelereze până la viteze hiperluminice.
Stephen Hawking a arătat că, deşi nicio particulă care trece dincolo de orizontul evenimentului nu mai poate evada din gaura neagră, găurile negre pot emite spontan radiaţii de la marginea orizontului evenimentului, conform principiilor mecanicii cuantice.
„Teoria lui Hawking a fost revoluţionară pentru că a combinat fizica teoriei câmpului cuantic cu relativitatea generală”, teoria lui Einstein, care descrie modul în care materia deformează continuul spaţiu-timp, a explicat profesorul Steinhauer pentru Live Science. „Ne-ar fi plăcut să putem verifica în spaţiu această teorie a radiaţiei cuantice, însă este foarte dificil în cazul unei găuri negre reale pentru că radiaţia Hawking este extrem de slabă prin comparaţie cu radiaţia de fundal a spaţiului” a adăugat el. Pentru a depăşi această problemă, Steinhauer şi colegii lui şi-au creat propria gaură neagră – una minusculă, de laborator.
