Vještačka crna rupa koja zarobljava zvuk umjesto svjetlosti je napravljena u pokušaju da otkrije teorijsko Hawking zračenje. Zračenje koje je pretpostavio Stephen Hawking prije više od 30 godina, izaziva da crne rupe s vremenom ispare.

Astrofizičke crne rupe nastaju kada materija postane toliko gusta da se sruši do tačke nazvane singularitet. Gravitacija crne rupe je toliko velika da ništa – čak ni svetlost ne može pobjeći od granice oko iste koja se zove horizont događaja.

Ali fizičari takođe razvijaju “crne rupe” za zvuk. Oni to rade kopiranjem materijala koji se kreće brže od brzine zvuka u tom mediju, tako da mogu putovati što je brže moguće. Zvuk je efektno zarobljen u toku poput horizonta događaja.

Kvantno stanje

Fizičari materijal na koji se fokusiraju nazivaju Bose-Ajnštajnov kondenzat (BECs), kvantno stanje materije gde se više atoma ponašaju kao jedan atom.

Kondenzati su napravljeni koji se ranije supersonično kreću, tako da su fizičari vjerovatno stvorili akustične crne rupe u procesu rada sa BEC-ima, kaže Eric Cornell sa Univerziteta Kolorado u Boulderu, koji je podijelio Nobelovu nagradu 2001 za razvoj Bose-Einstein kondenzata.

Ali kaže da je nova studija Jeff Steinhauer-a iz Technion-Izraelskog instituta za tehnologiju u Haifi i kolegama prvi dokumentovani eksperiment koji je direktno usmjeren na proizvodnju Hokingovog zračenja u BEC-u.

Supersonski tok

Tim je ohladio 100.000 ili tako nagomilanih atoma rubidijuma na nekoliko milijardi stepeni iznad apsolutne nule i zarobio ih magnetnim poljem. Uz pomoć lasera, istraživači su zatim stvorili bunar električnog potencijala koji je privukao atome i izazvao ih da jure brže od brzine zvuka u materijalu.

Ovaj setup je stvorio supersonički tok koji je trajao oko 8 milisekundi, koji je blago formirao akustičnu crnu rupu koja je sposobna zarobiti zvuk.

Implikacije takvog rada mogle bi biti duboke, jer bi moglo dovesti do prve detekcije Hokingovog zračenja.

Kvantna mehanika kaže da se parovi čestica mogu spontano pojaviti u praznom prostoru. Ovi parovi, koji se sastoje od čestice i njene antičestice, treba da postoje za trenutak prije nego se anihiliraju i nestanu.

Međutim, sedamdesetih godina prošlog vijeka, Hoking je predložio da ako su parovi stvoreni blizu ivice crne rupe, jedna čestica može da padne prije nego što se uništi, ostavljajući svog partnera da se nasloni izvan horizonta događaja. Za posmatrače, ova čestica bi se pojavila kao zračenje. U akustičkim crnim rupama, Hokingova radijacija bi se nalazila u obliku čestica poput vibracione energije zvane fononi.

Veliki bonus

Pronalazak Hokingovog zračenja bi bio veliki bonus za fiziku, kaže kosmolog Šon Carroll iz kompanije Caltech.

To je zato što Hokingova teorija pravi neke fundamentalne propozicije o tome kako kvantna mehanika radi u prostoru koji je zakrivljen gravitacijom. Osnovna matematika se koristi za izračunavanje kako se Univerzum ponašao tokom perioda koji se naziva inflacija, kada se prostor brzo proširio brzo nakon velikog udara.

Međutim, detektovanje Hokingovog zračenja kroz astronomska opažanja je teško, jer isparavanje tipičnih crnih rupa zamagljeno je višegeneracijskim izvorima zračenja, uključujući kosmičku mikrotalasnu pozadinu, pozadinu velikog praska.

‘Prvi korak’

I istraživači još uvijek trebaju puno vremena prije nego što otkriju Hawking zračenje u akustičnim crnim rupama. Tim Steinhauer-a, na primjer, procjenjuje da povećanje brzine koje atomi dobijaju u njihovoj instalaciji mora biti oko 10 puta veće kako bi se stvorio detektabilno Hokingovo zračenje u obliku fonona.

“U stvari, otkrivanje zvučnih talasa koje proizvede crne rupe je stvarno teško. Ali ovo je uzbudljiv prvi korak “, kaže Bill Unruh sa Univerziteta u Britanskoj Kolumbiji u Vankuveru, Kanada, koji je prvo predložio ideju korištenja kvantnih tečnosti za stvaranje vještačkih horizonata.

Kornell se slaže, dodajući da tim treba mnogo gladak tok da napravi BEC-a kako bi izmerio suptilan znak Hokingovog zračenja. “Ono što su uradili jeste lagan dio”, rekao je New Scientistu. “Težak dio je to učiniti na tako tih način da vidite sve male fluktuacije na vrhu svih nasilnih stvari koje ste učinili u kondenzatu [da biste ga učinili supersonicom].”

Cornell i njegove kolege grade sopstvenu eksperimentalnu postavku kako bi proizveli akustične horizonte događaja.

Laserski impulsi

I drugi se nadaju da će u laboratoriji napraviti detektivno Hokingovo zračenje koristeći svetlost. 2008. godine tim je stvorio horizont događaja u optičkom vlaknu, koristeći činjenicu da se različite talasne dužine svjetlosti kreću različitim brzinama.

To su uradili slanjem relativno usporenog impulsa niz vlakno. Ovo je iskrivilo optičke osobine optičkog vlakna, tako da kada je drugi, brži puls uhvaćen sa prvim, bio je usporen i efektivno postao zarobljen iza horizontalnog fronta prvog pulsiranja.

Još uvijek je moguća astrofizička detekcija Hokingovog zračenja. Što je manja crna rupa, to je veća energija koja je njegovo Hoking zračenje. Dakle, isparavanje mikroskopskih crnih rupa koje neki istraživači sumnjaju su stvorene gotovo odmah nakon velikog udarca moglo bi se otkriti pomoću NASA-ovog Fermi Gamma-ray svemirskog teleskopa, koji je lansiran 2008. godine.

Izvor: http://www.newscientist.com/article/dn17319-physicists-create-black-hole-for-sound/