Los investigadores de la Universidad de St. Andrews, Escocia, afirman haber encontrado una manera de simular un horizonte de eventos de un agujero negro, no a través de una nueva técnica de observación cósmica, y no por una supercomputadora de alta potencia ... sino en el laboratorio. Usando láser, una longitud de fibra óptica y dependiendo de una mecánica cuántica extraña, se puede crear una "singularidad" para alterar la longitud de onda de un láser, sintetizando los efectos de un horizonte de eventos. Si este experimento puede producir un horizonte de eventos, se puede probar el fenómeno teórico de la radiación de Hawking, lo que tal vez le brinde a Stephen Hawking la mejor oportunidad hasta la fecha de ganar el Premio Nobel.
Entonces, ¿cómo se crea un agujero negro? En el cosmos, los agujeros negros se crean por el colapso de estrellas masivas. La masa de la estrella se colapsa en un solo punto (después de quedarse sin combustible y experimentar una supernova) debido a las fuerzas gravitacionales masivas que actúan sobre el cuerpo. Si la estrella excede un cierto "límite" de masa (es decir, el Límite de Chandrasekhar - un máximo al cual la masa de una estrella no puede soportar su estructura contra la gravedad), colapsará en un punto discreto (una singularidad). El espacio-tiempo estará tan deformado que toda la energía local (materia y radiación) caerá en la singularidad. La distancia desde la singularidad a la que incluso la luz no puede escapar de la atracción gravitacional se conoce como horizonte de eventos. Las colisiones de partículas de alta energía por los rayos cósmicos que impactan en la atmósfera superior pueden producir micro agujeros negros (MBH). El Gran Colisionador de Hadrones (en el CERN, cerca de Ginebra, Suiza) también puede ser capaz de producir colisiones lo suficientemente enérgicas como para crear MBH. Curiosamente, si el LHC puede producir MBH, la teoría de Stephen Hawking de "Radiación de Hawking" puede probarse si los MBH creados se evaporan casi instantáneamente.
Hawking predice que los agujeros negros emiten radiación. Esta teoría es paradójica, ya que ninguna radiación puede escapar del horizonte de eventos de un agujero negro. Sin embargo, Hawking teoriza que debido a una peculiaridad en la dinámica cuántica, los agujeros negros lata Producir radiación.
En pocas palabras, el Universo permite que las partículas se creen dentro de un vacío, "tomando prestada" energía de su entorno. Para conservar el equilibrio energético, la partícula y su antipartícula solo pueden vivir por un corto tiempo, devolviendo la energía prestada muy rápidamente al aniquilarse entre sí. Mientras entren y desaparezcan dentro de un límite de tiempo cuántico, se consideran "partículas virtuales". La creación para la aniquilación tiene energía neta cero.
Sin embargo, la situación cambia si este par de partículas se genera en o cerca del horizonte de eventos de un agujero negro. Si uno de los pares virtuales cae en el agujero negro, y su compañero es expulsado del horizonte de eventos, no pueden aniquilarse. Ambas partículas virtuales se volverán "reales", permitiendo que la partícula que se escapa lleve energía y masa lejos del agujero negro (se puede considerar que la partícula atrapada tiene masa negativa, reduciendo así la masa del agujero negro). Así es como la radiación de Hawking predice agujeros negros "evaporados", ya que la masa se pierde en esta peculiaridad cuántica en el horizonte de eventos. Hawking predice que los agujeros negros se evaporarán y desaparecerán gradualmente, además de que este efecto será más destacado para los agujeros negros pequeños y los MBH.
Entonces ... de vuelta a nuestro laboratorio de St. Andrews ...
El profesor Ulf Leonhardt espera crear las condiciones de un horizonte de eventos de agujero negro mediante el uso de pulsos láser, posiblemente creando el primer experimento directo para probar la radiación de Hawking. Leonhardt es un experto en "catástrofes cuánticas", el punto en el que la física de las olas se descompone, creando una singularidad. En la reciente reunión "Cosmología y materia condensada" en Londres, el equipo de Leonhardt anunció su método para simular uno de los componentes clave del entorno del horizonte de eventos.
La luz viaja a través de materiales a diferentes velocidades, dependiendo de sus propiedades de onda. El grupo de St. Andrews usa dos rayos láser, uno lento y otro rápido. Primero, se dispara un pulso de propagación lenta por la fibra óptica, seguido de un pulso más rápido. El pulso más rápido debería "ponerse al día" con el pulso más lento. Sin embargo, a medida que el pulso lento pasa a través del medio, altera las propiedades ópticas de la fibra, haciendo que el pulso rápido se desacelere a su paso. Esto es lo que le sucede a la luz cuando intenta escapar del horizonte de eventos: se ralentiza tanto que queda "atrapada".
“Mostramos mediante cálculos teóricos que dicho sistema es capaz de sondear los efectos cuánticos de los horizontes, en particular la radiación de Hawking. " - De un próximo documento del grupo St. Andrews.
Los efectos que dos pulsos láser tienen entre sí para imitar la física dentro de un horizonte de eventos suena extraño, pero este nuevo estudio puede ayudarnos a comprender si se están generando MBH en los LHC y puede empujar a Stephen Hawking un poco más cerca hacia un merecido Premio Nobel.
Fuente: Telegraph.co.uk
