El agujero negro emergente en el laboratorio se comporta como dijo Stephen Hawking
En 1974, Stephen Hawking planteó la hipótesis de que la atracción gravitacional más oscura del universo, los agujeros negros, no era la estrella negra oscura que imaginan los astrónomos, sino que automáticamente emitía luz, un fenómeno que ahora se llama radiación de Hawking.
El problema es que ningún astrónomo jamás observó la misteriosa radiación de Hawking y, como se esperaba que fuera tan débil, es posible que nunca lo hiciera. Y es por eso que los científicos de hoy están haciendo sus propios agujeros negros.
Esto es exactamente lo que han hecho los investigadores del Instituto de Tecnología de Israel Technion. Hicieron un análogo de un agujero negro a partir de unos pocos miles. Átomos. Intentaban confirmar dos de las predicciones más importantes de Hawking, que la radiación de Hawking se origina en la nada y que no cambia de intensidad con el tiempo, lo que significa que es constante.
“Se supone que el agujero negro irradia como un cuerpo negro, y es básicamente un objeto cálido y de emisión constante InfrarrojoEl coautor del estudio, Jeff Steinhower, profesor asociado de física en el Technion – Instituto de Tecnología de Israel, Dijo en un comunicado. “Hawking sugirió que los agujeros negros son como estrellas regulares, que emiten un cierto tipo de radiación todo el tiempo, constantemente. Esto es lo que queríamos confirmar en nuestro estudio, y lo hicimos”.
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Horizonte de eventos
los gravedad Un agujero negro es tan poderoso que ni siquiera la luz puede escapar de su alcance, una vez que un fotón o partícula de luz pasa el punto de no retorno, que se llama Horizonte de eventos. Para escapar de estos límites, una partícula debe romper las leyes de la física y viajar más rápido que la velocidad de la luz.
Hawking demostró que, aunque nada puede escapar del horizonte de eventos, los agujeros negros aún pueden emitir luz automáticamente desde los límites, gracias a la mecánica cuántica y algo llamado “partículas virtuales”.
Como explica Heisenberg El principio de incertidumbreIncluso todo el vacío del espacio está repleto de pares de partículas “virtuales” que aparecen y desaparecen de la existencia. Por lo general, estas partículas que pasan con energías opuestas se destruyen entre sí casi instantáneamente. Pero debido a la intensa atracción gravitacional en el horizonte de eventos, Hawking sugirió que los pares de fotones podrían separarse, de modo que un agujero negro absorbería una partícula y la otra escaparía al espacio. El fotón absorbido tiene energía negativa y emite energía en forma de masa desde el agujero negro, mientras que el fotón que escapa se convierte en radiación de Hawking. Solo a partir de esto, con suficiente tiempo (mucho más que la vida del universo), un agujero negro podría evaporarse por completo.
La teoría de Hawking fue revolucionaria porque combinó la física de la teoría cuántica de campos en general RelatividadLa teoría de Einstein que describe cómo se deforma la materia Tiempo libreSteinhauer dijo a WordsSideKick.com. “Todavía ayuda a la gente a buscar nuevas leyes de la física al estudiar la combinación de estas dos teorías en un ejemplo físico. La gente quiere verificar esta radiación cuántica, pero es muy difícil tener un agujero negro real porque la radiación de Hawking es muy débil”. en comparación con la radiación de fondo del espacio “.
Este problema inspiró a Steinhower y sus colegas a crear su propio agujero negro, que es mucho más seguro y más pequeño que los agujeros reales.
Agujero negro de bricolaje
El agujero negro del laboratorio de los investigadores se formó a partir de un flujo de gas de aproximadamente 8.000 Rubidio Los átomos se enfriaron hasta casi el cero absoluto y se mantuvieron en su lugar mediante un rayo láser. Han creado una condición misteriosa para la materia, conocida como Condensador Bose-Einstein (BEC), que permite que miles de átomos trabajen juntos al unísono como si fueran uno maíz.
Usando un segundo rayo láser, el equipo creó una rampa desde Energía potencial, Haciendo que el gas fluya como un torrente de agua por una cascada, creando así un horizonte de eventos donde la mitad del gas fluía más rápido que La velocidad del sonido, La otra mitad es más lenta. En este experimento, el equipo buscaba pares de fonones u ondas de sonido cuánticas, en lugar de pares de fotones, que se forman espontáneamente en el gas.
Steinhower explicó que el fonón en la mitad más lenta puede moverse contra el flujo de gas alejándose de la escarpa, mientras que el fonón en la mitad más rápida queda atrapado a la velocidad del flujo de gas supersónico. “Es como intentar nadar contra una corriente más rápido de lo que puedes nadar. [That’s] Al igual que estar en un agujero negro, una vez que entras, es imposible llegar al horizonte “.
Una vez que se encontraron estos pares de fonones, los investigadores tuvieron que confirmar si estaban interconectados y si la radiación de Hawking se mantuvo constante a lo largo del tiempo (si lo fuera). Este proceso fue difícil porque cada vez que capturan una imagen de un agujero negro, es destruida por el calor generado por el proceso. Así que el equipo repitió su experimento 97.000 veces y se necesitaron más de 124 días de mediciones continuas para encontrar las correlaciones. Al final, su paciencia valió la pena.
“Demostramos que la radiación de Hawking era constante, lo que significa que no cambió con el tiempo, que es exactamente lo que predijo Hawking”, dijo Steinhower.
Los investigadores detallaron sus hallazgos el 4 de enero en la revista. Física de la naturaleza.
Publicado originalmente en Live Science.
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