I ricercatori della St. Andrews University, in Scozia, sostengono di aver trovato il modo di simulare un orizzonte degli eventi di un buco nero - non attraverso una nuova tecnica di osservazione cosmica e non da un supercomputer ad alta potenza ... ma in laboratorio. Utilizzando laser, una lunghezza di fibra ottica e in base a una bizzarra meccanica quantistica, può essere creata una "singolarità" per alterare la lunghezza d'onda di un laser, sintetizzando gli effetti di un orizzonte degli eventi. Se questo esperimento può produrre un orizzonte degli eventi, il fenomeno teorico di Hawking Radiation potrebbe essere testato, forse dando a Stephen Hawking la migliore possibilità di vincere il premio Nobel.
Quindi, come si crea un buco nero? Nel cosmo, i buchi neri sono creati dal crollo di enormi stelle. La massa della stella collassa fino a un singolo punto (dopo aver esaurito il carburante e aver subito una supernova) a causa delle massicce forze gravitazionali che agiscono sul corpo. Se la stella dovesse superare un certo "limite" di massa (cioè il Limite Chandrasekhar - un massimo al quale la massa di una stella non può sostenere la sua struttura contro la gravità), collasserà in un punto discreto (una singolarità). Lo spazio-tempo sarà così deformato che tutta l'energia locale (materia e radiazione) cadrà nella singolarità. La distanza dalla singolarità alla quale anche la luce non può sfuggire all'attrazione gravitazionale è conosciuta come orizzonte degli eventi. Le collisioni di particelle ad alta energia causate dai raggi cosmici che colpiscono l'atmosfera superiore potrebbero produrre buchi micro-neri (MBH). Il Large Hadron Collider (al CERN, vicino a Ginevra, Svizzera) potrebbe anche essere in grado di produrre collisioni abbastanza energiche da creare MBH. È interessante notare che se l'LHC è in grado di produrre MBH, la teoria di "Hawking Radiation" di Stephen Hawking potrebbe essere dimostrata se gli MBH creati evaporassero quasi all'istante.
Hawking prevede che i buchi neri emettano radiazioni. Questa teoria è paradossale, poiché nessuna radiazione può sfuggire all'orizzonte degli eventi di un buco nero. Tuttavia, Hawking teorizza che a causa di una stranezza nella dinamica quantistica, i buchi neri può produrre radiazioni.
In parole povere, l'Universo consente di creare particelle all'interno di un vuoto, "prendendo in prestito" energia dall'ambiente circostante. Per conservare il bilancio energetico, la particella e la sua anti-particella possono vivere solo per un breve periodo, restituendo l'energia presa in prestito molto rapidamente annichilandosi l'una con l'altra. Fintanto che saltano dentro e fuori dall'esistenza entro un limite di tempo quantico, sono considerati "particelle virtuali". La creazione all'annientamento ha energia netta zero.
Tuttavia, la situazione cambia se questa coppia di particelle viene generata in corrispondenza o in prossimità di un orizzonte degli eventi di un buco nero. Se una delle coppie virtuali cade nel buco nero e il suo partner viene espulso dall'orizzonte degli eventi, non possono annichilirsi. Entrambe le particelle virtuali diventeranno "reali", consentendo alla particella in fuga di trasportare energia e massa lontano dal buco nero (la particella intrappolata può essere considerata come massa negativa, riducendo così la massa del buco nero). Questo è il modo in cui le radiazioni Hawking predicono "l'evaporazione" dei buchi neri, poiché la massa viene persa a causa di questa stranezza quantistica all'orizzonte degli eventi. Hawking prevede che i buchi neri evaporeranno e scompariranno gradualmente, inoltre questo effetto sarà più evidente per i piccoli buchi neri e gli MBH.
Quindi ... torniamo al nostro laboratorio di St. Andrews ...
Il prof Ulf Leonhardt spera di creare le condizioni di un orizzonte degli eventi del buco nero usando gli impulsi laser, creando eventualmente il primo esperimento diretto per testare la radiazione Hawking. Leonhardt è un esperto di "catastrofi quantistiche", il punto in cui la fisica delle onde si rompe, creando una singolarità. Nel recente incontro "Cosmology Meets Condensed Matter" a Londra, il team di Leonhardt ha annunciato il suo metodo per simulare uno dei componenti chiave dell'ambiente dell'orizzonte degli eventi.
La luce viaggia attraverso materiali a diverse velocità, a seconda delle proprietà delle onde. Il gruppo di St. Andrews usa due raggi laser, uno lento e uno veloce. Innanzitutto, un impulso a propagazione lenta viene sparato lungo la fibra ottica, seguito da un impulso più veloce. L'impulso più veloce dovrebbe "recuperare" con l'impulso più lento. Tuttavia, quando l'impulso lento passa attraverso il mezzo, altera le proprietà ottiche della fibra, causando il rallentamento dell'impulso veloce sulla sua scia. Questo è ciò che accade alla luce mentre cerca di fuggire dall'orizzonte degli eventi - è rallentato così tanto da diventare "intrappolato".
“Mostriamo da calcoli teorici che un tale sistema è in grado di sondare gli effetti quantistici degli orizzonti, in particolare la radiazione di Hawking“. - Da un prossimo articolo del gruppo di St. Andrews.
Gli effetti che due impulsi laser hanno l'uno sull'altro per imitare la fisica all'interno di un orizzonte degli eventi sembrano strani, ma questo nuovo studio potrebbe aiutarci a capire se gli LMS vengono generati MBH e potrebbe spingere Stephen Hawking un po 'più vicino verso un meritato Premio Nobel.
Fonte: Telegraph.co.uk
