Orizonturile evenimentelor sunt fabrici reglabile pentru intricarea cuantică

Fizicienii de la Universitatea de Stat din Louisiana au profitat de tehnicile teoriei informației cuantice pentru a dezvălui un mecanism de amplificare sau „stimulare” a producției de încurcături în efectul Hawking într-o manieră controlată. În plus, acești oameni de știință propun un protocol pentru a testa această idee în laborator folosind orizonturi artificiale de evenimente. Aceste rezultate au fost publicate recent în Scrisori de revizuire fizică„Aspecte cuantice ale radiației stimulate de Hawking într-o pereche de găuri negre albe analizate”, Ivan Agullo, Anthony J. Brady și Demetrius Kranas prezintă aceste idei și le aplică sistemelor optice care conțin un analog al unei găuri negre albe.

Găurile negre sunt printre cele mai derutante lucruri din universul nostru, în mare parte datorită faptului că funcționarea lor interioară este ascunsă în spatele unui văl complet misterios – orizontul de evenimente al unei găuri negre.

În 1974, Stephen Hawking a adăugat mai mult mister caracterului găurilor negre, arătându-l o dată efecte cantitative O gaură neagră nu este deloc neagră, ci emite radiații, de parcă ar fi un obiect fierbinte, pierzând treptat masa în ceea ce se numește „procesul de evaporare Hawking”. Mai mult, calculele lui Hawking au arătat că radiațiile emise sunt încurcate mecanic cu intestinele găurii negre în sine. Această încurcătură este semnătura cuantică a efectului Hawking. Acest rezultat uimitor este dificil, dacă nu imposibil, de testat pe găurile negre astrofizice, deoarece radiația slabă Hawking a fost umbrită de alte surse de radiație din univers.

Pe de altă parte, în anii optzeci, a Articolul principal de William Onrow El a demonstrat că producția spontană de particule Hawking încurcate are loc în orice sistem care poate susține un orizont de evenimente eficient. Astfel de sisteme se încadrează în general sub umbrela „sistemelor gravitaționale analogice” și au deschis o fereastră pentru testarea ideilor lui Hawking în laborator.

Investigații experimentale serioase asupra sistemelor gravitaționale analogice – realizate din condensatoare Bose-Einstein, fibre optice neliniare sau chiar apă curgătoare – au fost în desfășurare de mai bine de un deceniu. Radiația Hawking stimulată și generată spontan a fost observată recent pe mai multe platforme, dar măsurarea încurcăturii s-a dovedit evazivă datorită caracterului său slab și fragil.

„Arătăm că, prin iluminarea orizontului sau orizonturilor, cu stări cuantice selectate corespunzător, se poate amplifica producția de încurcături în procesul Hawking într-o manieră reglabilă”, a spus profesorul asociat Ivan Agulu. „De exemplu, aplicăm aceste idei la cazul tactil al unei perechi de găuri negre albe analogice care împart un interior și sunt produse într-un material optic neliniar.”

„Multe dintre instrumentele de informare cuantică utilizate în această cercetare provin din cercetările mele postuniversitare cu profesorul Jonathan P. Dowling”, a declarat Anthony Brady, absolvent de doctorat în 2021, cercetător postdoctoral la Universitatea din Arizona. „John era carismatic și și-a introdus carisma și carisma în știința sa, precum și sfaturile sale. M-a încurajat să lucrez la idei capricioase, cum ar fi găurile negre analogice, și să văd dacă aș putea încorpora tehnici din diferite domenii ale fizicii— cum ar fi informația cuantică și gravitația analogică — pentru a produce ceva nou, sau „drăguț”, așa cum îi plăcea să spună.

„Procesul Hawking este unul dintre cele mai bogate fenomene fizice care conectează domenii aparent neînrudite ale fizicii de la teoria cuantică la termodinamică și relativitate”, a spus Demetrius Kranas, un student absolvent la LSU. „Găurile negre analogice au ajuns să adauge un plus de aromă efectului, oferindu-ne, în același timp, o posibilitate incitantă de a-l testa în laborator. Analiza noastră numerică detaliată ne permite să explorăm noi caracteristici ale procesului Hawking, ajutând înțelegem mai bine asemănările și diferențele dintre astrofizică și analog. găuri negre. ”