El agujero negro desarrollado en laboratorio se comporta exactamente como dijo Stephen Hawking
En 1974, Stephen Hawking planteó la hipótesis de que los monstruos gravitacionales más oscuros del universo, los agujeros negros, no eran los tragadores de estrellas negras imaginados por los astrónomos, sino que emitían luz de forma espontánea, un fenómeno que ahora se llama radiación de Hawking.
El problema es que ningún astrónomo ha observado jamás la misteriosa radiación de Hawking y, dado que se predice que será muy débil, es posible que nunca lo haga. Es por eso que los científicos de hoy están creando sus propios agujeros negros.
Esto es exactamente lo que hicieron los investigadores del Instituto de Tecnología Technion-Israel. Crearon un análogo de agujero negro a partir de unos pocos miles. átomos. Estaban tratando de confirmar dos de las predicciones más importantes de Hawking, que la radiación de Hawking proviene de la nada y no cambia de intensidad con el tiempo, lo que significa que es estacionaria.
«Se supone que un agujero negro irradia como un cuerpo negro, que es esencialmente un objeto caliente que emite una constante radiación infrarroja, «el coautor del estudio, Jeff Steinhauer, profesor asociado de física en el Instituto de Tecnología Technion-Israel, dijo en un comunicado de prensa. «Hawking sugirió que los agujeros negros son como estrellas regulares, que emiten algún tipo de radiación todo el tiempo, constantemente. Esto es lo que queríamos confirmar en nuestro estudio, y lo hicimos».
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El horizonte de eventos
los la gravedad de un agujero negro es tan poderoso que ni siquiera la luz puede escapar de su agarre, una vez que un fotón, o partícula de luz, pasa a través de su punto de no retorno, llamado el horizonte de eventos. Para escapar de este límite, una partícula tendría que romper las leyes de la física y viajar más rápido que la velocidad de la luz.
Hawking demostró que aunque nada que cruza el horizonte de sucesos puede escapar, los agujeros negros aún pueden emitir luz de forma espontánea desde el límite, gracias a la mecánica cuántica y algo llamado «partículas virtuales».
Como explica Heisenberg principio incierto, incluso el vacío completo del espacio está lleno de pares de partículas «virtuales» que aparecen y desaparecen de la existencia. Estas partículas fugaces con energías opuestas suelen aniquilarse casi de inmediato. Pero debido a la atracción gravitacional extrema en el horizonte de un evento, Hawking sugirió que los pares de fotones podrían separarse, con una partícula absorbida por el agujero negro y la otra escapando al espacio. El fotón absorbido tiene energía negativa y resta la energía como masa del agujero negro, mientras que el fotón escapado se convierte en radiación de Hawking. Solo a partir de eso, con suficiente tiempo (mucho más largo que la edad 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 con relatividad, «La teoría de Einstein que describe cómo se deforma la materia tiempo espacial, Dijo Steinhauer a WordsSideKick.com. “Todavía ayuda a las personas a investigar nuevas leyes de la física al estudiar la combinación de estas dos teorías en un ejemplo físico. A la gente le gustaría verificar esta radiación cuántica, pero es muy difícil con 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 Steinhauer y sus colegas a crear su propio agujero negro, uno que es más seguro y mucho más pequeño que el verdadero.
Agujero negro de bricolaje
El agujero negro cultivado en el laboratorio de los investigadores consistía en gas circulante de alrededor de 8.000 rubidio átomos enfriados hasta casi el cero absoluto y mantenidos en su lugar por un rayo láser. Crearon un estado misterioso de la materia, conocido como Condensado de Bose-Einstein (BEC), que permite que miles de átomos actúen juntos al unísono como si fueran uno átomo.
Usando un segundo rayo láser, el equipo creó un acantilado de energía potencial, lo que hizo que el gas fluyera como agua que fluye por una cascada, creando un horizonte de eventos donde la mitad del gas fluyó más rápido que el velocidad del sonido, la otra mitad más lentamente. En este experimento, el equipo buscó pares de fonones u ondas de sonido cuánticas, en lugar de pares de fotones, que se forman espontáneamente en el gas.
Un fonón en la mitad más lenta podría viajar contra el gas, alejándose del acantilado, mientras que el fonón en la mitad más rápida quedó atrapado por la velocidad del gas supersónico, explicó Steinhauer. “Es como intentar nadar contra una corriente más rápido de lo que se puede nadar. [That’s] al igual que estar en un agujero negro, una vez dentro es imposible alcanzar el horizonte. «
Una vez que encontraron estos pares de fonones, los investigadores tuvieron que confirmar si estaban correlacionados y si la radiación de Hawking se mantuvo constante a lo largo del tiempo (si era estacionaria). Este proceso fue complicado porque cada vez que tomaban una foto de su agujero negro, era destruido por el calor creado en el proceso. Entonces, el equipo repitió su experimento 97,000 veces, tomando más de 124 días de mediciones continuas para encontrar las correlaciones. Al final, su paciencia valió la pena.
«Hemos demostrado que la radiación de Hawking es estacionaria, lo que significa que no ha cambiado con el tiempo, que es exactamente lo que predijo Hawking», dijo Steinhauer.
Los investigadores detallaron sus hallazgos el 4 de enero en la revista. Física de la naturaleza.
Publicado originalmente en Live Science.
