martes, 23 de agosto de 2016

Empecemos, realmente los agujeros negros no son realmente negros. En su lugar, se cree que estos sumideros gravitacionales emiten radiación que hace que disminuyan y desaparezcan con el tiempo. Este fenómeno, una de las cosas más extrañas de los agujeros negros, fue predicho por Stephen Hawking hace más de 40 años, creando uno de los problemas de la física teórica que aún convulsionan el campo.

Actualmente Jeff Steinhauer, físico experimental del Instituto Technion-Israel de Tecnología en Haifa, ha creado un agujero negro artificial que parece emitir la descrita "radiación de Hawking" por su cuenta, a partir de fluctuaciones cuánticas de su puesta en marcha experimental.

Es casi imposible observar la radiación de Hawking en un agujero negro real y los experimentos anteriores de agujeros  negros artificiales no remontan su radiación a fluctuaciones espontáneas. Así, que el resultado, publicado el 15 de agosto, podría ser lo más cercano a la observación de la radiación de Hawking.

Nada, ni la luz, puede escapar del horizonte de un agujero negro. Créditos: NASA y G. Bacon (STScI)

Steinhauer dice que estos experimentos pueden ayudar a resolver algunos de los dilemas que plantea el fenómeno sobre otras teorías, incluyendo una llamada paradoja de la información del agujero negro y tal vez señalar el camino para unir la mecánica cuántica con la teoría de la gravedad.

Otros físicos están impresionados, pero advierten que los resultados no son claros. Y algunos dudan de si los análogos de laboratorio pueden revelar información sobre los agujeros negros reales.

Las aportaciones de Hawking

Fue a mediados de la década de 1970 que Hawking, físico teórico de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, descubrió el horizonte de sucesos de un agujero negro -un objeto del cual nada, incluyendo la luz, puede escapar-.

Su punto de partida fue que la aleatoriedad de la teoría cuántica descartó la existencia de una verdadera nada. Incluso la región más vacía del espacio está repleto de las fluctuaciones en los campos de energía, causando que aparezcan pares de fotones de forma continua, que de manera inmediata se destruyen. Pero, al igual que Pinocho se vuelve niño de un titere, estos fotones "virtuales" puede convertirse en partículas reales si el horizonte de sucesos los separa antes de que se aniquilen. Un fotón caería dentro del horizonte de sucesos y el otro podría escapar hacia el espacio exterior.

De esta forma Hawking demostró que los agujeros negros, irradian -aunque muy débilmente-, se encojen y desvanecen en última instancia, ya que la partícula que cae en el interior siempre tiene una "energía negativa" que agota el agujero negro. Aún más polémico, Hawking también sugirió que la desaparición de un agujero negro destruye toda la información acerca de los objetos que han caído en él, lo que contradice la concepción tradicional de que la cantidad total de información en el Universo permanece constante.

A principios de la década de 1980, el físico Bill Unruh de la Universidad de British Columbia en Vancouver, Canadá, propuso una forma de probar algunas de las predicciones de Hawking. Se imaginó un medio que experimenta movimiento acelerado, como el agua cuando se aproxima a una cascada. Cuando un nadador llegar a un punto en que no puede nadar lo suficientemente rápido como para escapar de la cascada, las ondas sonoras que están más allá del punto en el medio superan la velocidad del sonido puesto que son incapaces de moverse en contra del flujo. Unruh predijo que este punto es equivalente a un horizonte de sucesos y que debería mostrar una forma sonora de la radiación de Hawking.

Steinhauer puso en práctica la idea de Unruh con una nube de átomos de rubidio enfriados a una fracción de grado por encima del cero absoluto. Contenidos en una trampa en forma de cigarro de unos pocos milímetros de longitud, los átomos entraron en un estado cuántico llamado condensado de Bose-Einstein (BEC), en el que la velocidad del sonido era sólo medio milímetro por segundo. Steinhauer creo un horizonte de sucesos mediante la aceleración de los átomos hasta que algunos viajaban a más de 1 mm s-1, una velocidad supersónica para la condensación.

En una temperatura ultrafría, BEC sufre sólo fluctuaciones cuánticas débiles similares a las del vacío en el espacio. Y estos deben producir paquetes de fonones de sonido, al igual que el vacío produce fotones, explica Steinhauer. Las partículas pueden separarse una de la otra como lo explicaba Hawking.

A un lado de su horizonte de sucesos acústicos, donde los átomos se mueven a velocidades supersónicas, los fonones quedan atrapados. Y cuando Steinhauer capturó fotografías de la BEC, encontró correlación entre la densidad de los átomos que estaban a la misma distancia desde el horizonte de sucesos pero en lados opuestos. Esto demuestra que los pares de fonones se enredaron - una señal de que se originaron espontáneamente en la misma fluctuación cuántica-, y que el BEC estaba produciendo radiación de Hawking.

Del mismo modo que los agujeros negros no son realmente negros, agujeros negros acústicos de Steinhauer no son completamente tranquilos. Su sonido, si fuera audible, podría parecerse a ruido estático.

El trabajo presentado es pionero, comenta Ulf Leonhardt, un físico del Instituto de Ciencia Weizmann en Rehovot, Israel,que busca demostrar el efecto usando un láser de fibra óptica. Aunque la evidencia de entrelazamiento parece incompleta, debido a que Steinhauer demostró correlaciones sólo para fonones de relativamente altas energías, lo cual no funciona con pares de fonones de baja energía aparentemente no correlacionados. Aunque falta demostrar que el medio es un verdadero BEC, que, dice, lo cual descartaría otro tipo de fluctuaciones que podrían imitar la radiación de Hawking.

Tampoco está claro cuanta información realmente esta aportando en torno a los misterios que rodean a los verdaderos agujeros negros. En contraste con el caso de los agujeros negros astrofísicos, no hay pérdida de información en el agujero negro sónico de Steinhauer porque el BEC no se evapora.

Referencia:

0 comentarios:

Publicar un comentario

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...