En 1974, Stephen Hawking teorizó que los gigantes gravitacionales más oscuros del universo, los agujeros negros, no eran los arrancadores negros imaginados por los astrónomos, sino luz emitida espontáneamente, un fenómeno que ahora se llama radiación de Hawking.
El problema es que ningún astrónomo ha observado jamás la misteriosa radiación de Hawking, y debido a que se predice que será muy débil, es posible que nunca lo hagan. Es por eso que los científicos de hoy están creando sus propios agujeros negros.
Los investigadores del Instituto de Tecnología Technion-Israel han hecho precisamente eso. Crearon un agujero negro analógico en unos pocos miles. átomos. Estaban tratando de confirmar dos de las predicciones más importantes de Hawking, que la radiación de Hawking surge de la nada y no cambia de intensidad con el tiempo, lo que significa que es estacionaria.
«Un agujero negro debería irradiar 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. «Hawking sugirió que los agujeros negros son como estrellas normales, que irradian algún tipo de radiación todo el tiempo, constantemente. Eso es lo que queríamos confirmar en nuestro estudio, y lo hicimos».
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El horizonte de los acontecimientos
los gravedad de 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, cruza su punto de no retorno, llamado 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 cruce 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 de incertidumbre, incluso el vacío completo del espacio está repleto de pares de partículas «virtuales» que entran y salen de la existencia. Estas partículas fugaces con energías opuestas suelen aniquilarse entre sí casi de inmediato. Pero debido a la atracción gravitacional extrema en el horizonte de eventos, 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 extrae energía en forma de masa del agujero negro, mientras que el fotón escapado se convierte en radiación de Hawking. Solo a partir de esto, dado el tiempo suficiente (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 la general relatividad, «La teoría de Einstein que describe cómo se deforma la materia tiempo espacial, Dijo Steinhauer a WordsSideKick.com. «Todavía está ayudando a la gente a buscar nuevas leyes de la física al estudiar la combinación de estas dos teorías en un ejemplo físico. A la gente le gustaría probar esta radiación cuántica, pero es muy difícil con un agujero negro real porque la radiación de Hawking es muy débil en comparación con eso. a la radiación de fondo del espacio «.
Este problema inspiró a Steinhauer y sus colegas a crear su propio agujero negro, más seguro y mucho más pequeño que el verdadero.
Agujero negro de bricolaje
El agujero negro que creció en el laboratorio de los investigadores consistía en una corriente de gas de aproximadamente 8.000 rubidio átomos enfriados hasta casi el cero absoluto y mantenidos en su lugar por un rayo láser. Crearon un misterioso estado 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 energía potencial, lo que hizo que el gas fluyera como agua que fluye por una cascada, creando así un horizonte de eventos en el que la mitad del gas fluyó más rápido que velocidad del sonido, la otra mitad 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.
Un fonón en la mitad más lenta podría viajar contra el flujo de gas, alejándose del acantilado, mientras que el fonón en la mitad más rápida quedó atrapado por la velocidad supersónica del flujo de gas, explicó Steinhauer. «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 dentro, es imposible llegar al horizonte «.
Una vez que se encontraron estos pares de fonones, los investigadores tuvieron que confirmar si estaban relacionados y si la radiación de Hawking se mantuvo constante a lo largo del tiempo (si era estacionaria). Ese proceso fue complicado porque cada vez que tomaban una fotografía de su agujero negro, era destruida por el calor creado en el proceso. Luego, el equipo repitió su experimento 97,000 veces, tomando más de 124 días de mediciones continuas para encontrar correlaciones. Al final, su paciencia valió la pena.
«Demostramos que la radiación de Hawking era estacionaria, lo que significa que no cambió 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.
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