Un nouveau genre de trou noir analogique pourrait nous dire une chose ou deux sur un rayonnement insaisissable théoriquement émis par la chose réelle.
En utilisant une chaîne d’atomes en file indienne pour simuler l’horizon des événements d’un trou noir, une équipe de physiciens a observé l’équivalent de ce que nous appelons Rayonnement de Hawking – les particules nées des perturbations des fluctuations quantiques provoquées par la rupture du trou noir dans l’espace-temps.
Cela, disent-ils, pourrait aider à résoudre la tension entre deux cadres actuellement inconciliables pour décrire l’Univers : le théorie générale de la relativité, qui décrit le comportement de la gravité comme un champ continu appelé espace-temps ; et la mécanique quantique, qui décrit le comportement de particules discrètes en utilisant les mathématiques de la probabilité.
Pour une théorie unifiée de la gravité quantique qui peut être appliquée universellement, ces deux théories non miscibles doivent trouver un moyen de s’entendre d’une manière ou d’une autre.
C’est ici que trous noirs entrent en scène – peut-être les objets les plus étranges et les plus extrêmes de l’Univers. Ces objets massifs sont si incroyablement denses qu’à une certaine distance du centre de masse du trou noir, aucune vitesse dans l’Univers n’est suffisante pour s’échapper. Même pas la vitesse de la lumière.
Cette distance, variant en fonction de la masse du trou noir, s’appelle l’horizon des événements. Une fois qu’un objet franchit sa limite, nous ne pouvons qu’imaginer ce qui se passe, puisque rien ne revient avec des informations vitales sur son sort. Mais en 1974, Stephen Hawking ont proposé que les interruptions des fluctuations quantiques causées par l’horizon des événements entraînent un type de rayonnement très similaire au rayonnement thermique.
Si ce rayonnement de Hawking existe, il est bien trop faible pour que nous puissions le détecter. Il est possible que nous ne l’éliminions jamais du sifflement statique de l’Univers. Mais nous pouvons sonder ses propriétés en créant analogues de trou noir en laboratoire.
Cela a déjà été fait auparavant, mais maintenant une équipe dirigée par Lotte Mertens de l’Université d’Amsterdam aux Pays-Bas a fait quelque chose de nouveau.
Une chaîne unidimensionnelle d’atomes a servi de chemin pour électrons à «sauter» d’une position à une autre. En ajustant la facilité avec laquelle ce saut peut se produire, les physiciens pourraient faire disparaître certaines propriétés, créant ainsi une sorte d’horizon des événements qui interfère avec la nature ondulatoire des électrons.
L’effet de ce faux horizon des événements a produit une augmentation de la température qui correspondait aux attentes théoriques d’un système de trou noir équivalent, a déclaré l’équipe. mais seulement lorsqu’une partie de la chaîne s’étendait au-delà de l’horizon des événements.
Cela pourrait signifier le enchevêtrement des particules qui chevauchent l’horizon des événements jouent un rôle déterminant dans la génération du rayonnement de Hawking.
Le rayonnement de Hawking simulé n’était thermique que pour une certaine gamme d’amplitudes de sauts, et dans des simulations qui commençaient par imiter une sorte d’espace-temps considéré comme « plat ». Cela suggère que le rayonnement de Hawking ne peut être thermique que dans une gamme de situations et lorsqu’il y a un changement dans la distorsion de l’espace-temps dû à la gravité.
On ne sait pas 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 qui n’est pas influencé par la dynamique sauvage de la formation d’un trou noir. Et, parce que c’est si simple, il peut être mis en œuvre dans un large éventail de configurations expérimentales, ont déclaré les chercheurs.
“Cela peut ouvrir un lieu pour explorer les aspects fondamentaux de la mécanique quantique aux côtés de la gravité et des espaces-temps courbes dans divers contextes de matière condensée”, les chercheurs écrivent.
La recherche a été publiée dans Recherche d’examen physique.
