Des physiciens simulent un trou noir en laboratoire, puis celui-ci commence à briller : ScienceAlert

Les homologues des trous noirs peuvent nous dire une ou deux choses sur le rayonnement insaisissable théoriquement émis par les objets réels.

En utilisant une série d’atomes dans une seule bobine pour simuler l’horizon des événements d’un trou noir, une équipe de physiciens a observé en 2022 un rayonnement équivalent à ce que nous appelons le rayonnement de Hawking – des particules résultant de la perturbation des fluctuations quantiques provoquées par la pénétration d’un trou noir. trou. Temps libre.

Ils disent que cela pourrait aider à résoudre les tensions entre deux cadres actuellement irréconciliables pour décrire l’univers : la relativité générale, qui décrit le comportement de la gravité comme un champ continu appelé espace-temps ; et la mécanique quantique, qui décrit le comportement des particules discrètes à l’aide des mathématiques des probabilités.

Pour qu’une théorie unifiée de la gravité quantique soit universellement applicable, ces deux théories non miscibles doivent trouver un moyen de se réconcilier.

C’est là qu’apparaissent les trous noirs, peut-être les objets les plus étranges et les plus extrêmes de l’univers. Ces objets massifs sont si denses que, à une certaine distance du centre de masse du trou noir, l’univers n’a pas assez de vitesse pour s’en échapper. Pas même la vitesse de la lumière.

cette distance, inégal C’est ce qu’on appelle l’horizon des événements, en fonction de la masse du trou noir. Une fois qu’un objet franchit ses frontières, nous ne pouvons qu’imaginer ce qui se passe, car aucune information importante ne peut être restituée sur son sort. Mais en 1974, Stephen Hawking a proposé que la perturbation des fluctuations quantiques provoquée par les horizons des événements produise un type de rayonnement très similaire au rayonnement thermique.

Si le rayonnement Hawking existe, il est encore trop faible pour être détecté. Il est possible que nous ne parvenions jamais à le filtrer du silence de l’univers. Mais nous pouvons vérifier ses propriétés en créant des analogues de trous noirs en laboratoire.

Cela a déjà été fait, mais en novembre 2022, une équipe dirigée par Lotte Mertens de l’Université d’Amsterdam aux Pays-Bas a essayé quelque chose de nouveau.

Une chaîne unidimensionnelle d’atomes sert de voie à « Sauter » d’une position à une autre. En ajustant la facilité avec laquelle ces sauts se produisent, les physiciens peuvent faire disparaître certaines propriétés, créant ainsi une sorte d’horizon des événements qui perturbe la nature ondulatoire des électrons.

L’impact du faux horizon des événements a produit une augmentation de la température conforme aux prévisions théoriques pour un système de trous noirs équivalent, a indiqué l’équipe. Mais seulement si une partie de la chaîne dépasse l’horizon des événements.

Cela pourrait signifier que l’intrication des particules traversant l’horizon des événements joue un rôle important dans la génération du rayonnement Hawking.

Le rayonnement Hawking simulé n’est thermique que sur une certaine plage d’amplitudes de saut, et dans ces simulations, ils commencent à simuler un type d’espace-temps considéré comme « plat ». Cela suggère que le rayonnement de Hawking ne peut être thermique que dans de nombreuses situations et lorsqu’il y a un changement dans la courbure de l’espace-temps dû à la gravité.

On ne sait pas exactement ce que cela signifie pour la gravité quantique, mais le modèle offre un moyen d’étudier l’émergence du rayonnement de Hawking dans un environnement non affecté par la dynamique sauvage de la formation des trous noirs. Grâce à sa simplicité, il peut être appliqué dans divers contextes expérimentaux, ont indiqué les chercheurs.

“Cela pourrait ouvrir la voie à l’exploration des aspects fondamentaux de la mécanique quantique ainsi que de la gravité et de l’espace-temps courbe dans divers contextes de matière condensée.” Les chercheurs ont écrit.

Cette recherche a été publiée dans Recherche d’examen physique.

Une version de cet article a été publiée pour la première fois en novembre 2022.