Natuurkundigen simuleerden een zwart gat in een laboratorium, en toen begon het te gloeien: ScienceAlert

Een tegenhanger van een zwart gat zou ons het een en ander kunnen vertellen over de ongrijpbare straling die theoretisch door het echte ding wordt uitgezonden.

Met behulp van een reeks atomen in een enkele spoel om de waarnemingshorizon van een zwart gat te simuleren, observeerde een team natuurkundigen in 2022 het equivalent van wat we Hawking-straling noemen: deeltjes die worden gegenereerd door verstoringen in kwantumfluctuaties veroorzaakt door de penetratie van een zwart gat. Vrije tijd.

Ze zeggen dat dit zou kunnen helpen bij het oplossen van de spanning tussen twee momenteel onverenigbare raamwerken voor het beschrijven van het universum: de algemene relativiteitstheorie, die het gedrag van de zwaartekracht beschrijft als een continu veld dat bekend staat als ruimtetijd; en kwantummechanica, die het gedrag van discrete deeltjes beschrijft met behulp van de wiskunde van waarschijnlijkheid.

Voor een uniforme theorie van kwantumzwaartekracht die universeel kan worden toegepast, moeten deze twee onmengbare theorieën een manier vinden om op de een of andere manier bij elkaar te passen.

Dit is waar zwarte gaten in beeld komen, misschien wel de vreemdste en meest extreme objecten in het universum. Deze massieve objecten zijn zo compact dat er binnen een bepaalde afstand van het massamiddelpunt van het zwarte gat niet genoeg snelheid in het universum is om te ontsnappen. Zelfs niet de snelheid van het licht.

die afstand, ongelijk Afhankelijk van de massa van het zwarte gat wordt dit de gebeurtenishorizon genoemd. Zodra een object zijn grenzen overschrijdt, kunnen we ons alleen maar voorstellen wat er gebeurt, aangezien niets essentiële informatie over zijn lot teruggeeft. Maar in 1974 stelde Stephen Hawking voor dat de onderbreking van kwantumfluctuaties veroorzaakt door de waarnemingshorizon leidt tot een soort straling die sterk lijkt op thermische straling.

Als er Hawking-straling bestaat, is deze nog te zwak om te worden gedetecteerd. Het is mogelijk dat we het nooit uit de stilte van het universum zullen halen. Maar we kunnen de eigenschappen ervan verifiëren door analogen van zwarte gaten te creëren in laboratoriumomgevingen.

Dit is al eerder gedaan, maar in november 2022 probeerde een team onder leiding van Lotte Mertens van de Universiteit van Amsterdam in Nederland iets nieuws.

De eendimensionale keten van atomen diende als een pad naar Om van de ene positie naar de andere te ‘springen’. Door het gemak aan te passen waarmee deze sprong kan plaatsvinden, kunnen natuurkundigen ervoor zorgen dat bepaalde eigenschappen verdwijnen, waardoor in feite een soort gebeurtenishorizon ontstaat die de golfachtige aard van elektronen verstoort.

De impact van de valse waarnemingshorizon veroorzaakte een temperatuurstijging die consistent was met theoretische voorspellingen voor een gelijkwaardig zwart gatensysteem, aldus het team. Maar alleen als een deel van de keten verder reikt dan de gebeurtenishorizon.

Dit zou kunnen betekenen dat de verstrengeling van deeltjes die zich over de waarnemingshorizon uitstrekken een belangrijke rol speelt bij het genereren van Hawking-straling.

De gesimuleerde Hawking-straling was slechts thermisch over een bepaald bereik van sprongamplitudes, en tijdens de simulaties begonnen ze een soort ruimtetijd te simuleren die als ‘plat’ wordt beschouwd. Dit suggereert dat Hawking-straling alleen thermisch kan zijn in een reeks situaties, en wanneer er een verandering is in de kromming van de ruimtetijd als gevolg van de zwaartekracht.

Het is niet duidelijk wat dit betekent voor de kwantumzwaartekracht, maar het model biedt een manier om de verschijning van Hawking-straling te bestuderen in een omgeving die niet wordt beïnvloed door de wilde dynamiek van de vorming van zwarte gaten. Omdat het zo eenvoudig is, kan het in een breed scala aan experimentele omgevingen worden toegepast, aldus de onderzoekers.

“Dit zou de weg kunnen openen om fundamentele aspecten van de kwantummechanica te onderzoeken, samen met de zwaartekracht en de gekromde ruimtetijd in verschillende omgevingen van gecondenseerde materie.” De onderzoekers schreven.

Het onderzoek is gepubliceerd in Fysiek reviewonderzoek.

Een versie van dit artikel werd voor het eerst gepubliceerd in november 2022.