C’è un oggetto misterioso nel cosmo più allettante che i buchi neri? Che ne dite di una loro immagine allo specchio, buchi bianchi? Mettete le due cose insieme, e potreste avere un concetto intrigante per un unico tipo di laser – che un team di fisici scozzesi pensano di poter effettivamente essere in grado di costruire in laboratorio , utilizzando le versioni analogiche di buchi bianchi e buchi neri.
Un buco nero può essere visualizzato come un grande imbuto con una gola lunga. Se si “tagliare” la gola e unisciti ad un secondo buco nero che si è capovolto (un buco bianco), si ottiene una forma a clessidra, con un sottile filamento di collegamento ad ogni estremità. Tecnicamente è conosciuto come un ponte di Einstein-Rosen (prende il nome da Albert Einstein e il suo collaboratore, Nathan Rosen), l’incarnazione della prima teorica di un wormhole.
Gli scienziati catturano primo assaggio di radiazioni ‘Pseudo’ Hawking
Alcuni fisici sono diventati molto abili a imitare il comportamento dei buchi neri, almeno matematicamente. Per esempio, Ulf Leonhardt e il gruppo presso l’Università di St. Andrews nel Regno Unito hanno creato buchi neri analogici con impulsi laser e fibre ottiche.
William Unruh ha lavorato con gli scienziati della University of British Columbia per creare una versione di orizzonte degli eventi , così come analoghi sonori che chiamano “buchi stupidi.” Ecco analogia suggestiva Unruh di “buchi stupidi”:
Immaginate di essere un pesce cieco, e anche un fisico, che vive in un fiume. In un posto nel fiume, c’è una cascata particolarmente virulenta, tale che ad un certo punto nela cascata, la velocità dell’acqua sopra la cascata supera la velocità del suono in acqua.
E ‘chiaro che se un altro pesce, che è caduto sopra le cascate, grida dopo aver superato quel punto, il suono non potrà mai uscire in nessun all’altra parte del fiume. Il suono continua a viaggiare attraverso l’acqua con la sua velocità di sempre, ma l’acqua che scorre spazzerà il suono sopra le cascate perchè più veloce di quel suono che sperare di poter viaggiare fuori dalla cascata.
Inoltre, se un pesce urla mentre cade attraverso tale superficie, le parti del suono in quell’urlo emesso a punti sempre più vicino alla superficie richiederà più tempo per uscire da un punto lontano dalla caduta, perché la velocità netta del suono sarà più piccolo se il suono emesso è più vicina a quella superficie speciale. Questo ultimo pezzo di suono emesso poco prima che il pesce passa attraverso la superficie avrà un tempo infinito per uscire …
Suona come un comportamento di buco nero a me.
Simulate buchi neri possono dimostrare la teoria di Hawking
Nel 2009, i fisici cinesi utilizzando i cosiddetti metamateriali per creare buchi neri simili a condizioni che hanno permesso le microonde, ma che non li lascia uscire. Nel 2010, gli scienziati presso l’Università di Milano hanno creato un analogo di un buco nero che emetteva radiazione di Hawking.
Le radiazione di Hawking è il risultato di coppie di particelle virtuali che appaiono fuori dal vuoto quantistico in prossimità di un buco nero. Normalmente si scontrano e si annichilano in energia, ma a volte uno dei due viene risucchiato nel buco nero, con conseguente violazione apparente di conservazione dell’energia.
La massa del buco nero deve diminuire leggermente (nella forma di radiazione emessa) come risultato di contrastare questo effetto e garantire che l’energia è conservata. Certo, nessuno tecnicamente ha osservato la radiazione di Hawking, ma i fisici sono abbastanza sicuri che esiste.
Quindi, se i buchi neri – e, per estensione, buchi bianchi – in grado di emettere radiazioni, perché non poteva le loro controparti analogiche essere utilizzate come i laser? Questo è stato il pensiero di Heriot-Watt fisico dell’Università Daniele Faccio e alcuni colleghi, tra cui Leonhardt.
Tutti i laser hanno una cavità con una sorgente della radiazione: o come un cristallo rubino o granato, o un gas o liquido. Ci sono due specchi alle due estremità della cavità, uno dei quali è semiargentato, il che significa che rifletterà una luce e lascierà attraversare altra luce. (La luce che passa attraverso la luce laser emessa.)
Gli atomi o le molecole del mezzo lasing vengono “pompati” applicando intensi lampi di luce o di energia elettrica, in modo che più essi sono a livelli di energia superiori allo stato fondamentale. Quindi un fotone entra nella cavità laser. Se colpisce un atomo eccitato, l’atomo scende giù allo stato fondamentale ed emette un fotone secondo la stessa frequenza, nella stessa direzione del fotone di bombardamento.
Ciascuno di questi può a sua volta scontrarsi con altri atomi eccitati, inducendo il rilascio di fotoni più ancora alla stessa frequenza e direzione. Il risultato finale è un improvviso scoppio di luce in una reazione a catena rapida. Si chiama (non risatina) “emissione stimolata”.
Ricreare atmosfere White Dwarf nel laboratorio
Leonhardt rifletteva sulla possibilità di un buco nero laser analogico nel 2008, utilizzando due impulsi di luce laser di differenti lunghezze d’onda per simulare un orizzonte degli eventi. Entrambi i raggi vengono sparati attraverso un mezzo lasing, ma viaggiano attraverso di essa a velocità diverse.
Il primo fascio cambia l’indice di rifrazione del materiale in modo che il secondo impulso deve rallentare, anche se inizialmente si muove “veloce” .Ciò significa che il secondo impulso secondo non supererà un buco nero, rallentando fino a fermarsi relativa.
In altre parole, la luce non può sfuggire. Si tratta di un orizzonte degli eventi analogico. Ma ricordate che i fisici hanno dimostrato da un equivalente analogo della radiazione di Hawking con tali metodi, anche. Questo è dove il potenziale laser entra in gioco .Se buchi neri analogici (e analogici buchi bianchi, che sono stati creati in laboratorio) perdono massa tramite radiazione di Hawking, che significa emissione stimolata potrebbe essere possibile.
Per questo lavoro, avete bisogno di due orizzonti degli eventi, fianco a fianco – una per un buco nero analogico, l’altro per il buco analogico bianco, con il filamento di collegamento tra di loro che funge da cavità (un wormhole analogico, se si vuole) . Teoricamente, gli impulsi di luce rimbalza avanti e indietro all’interno della cavità e gradualmente si ottiene energia dalla radiazione associata Hawking.
Tutto si riduce alla scelta del materiale per la sorgente della radiazione. Leonhardt ha proposto di utilizzare un condensato di Bose-Einstein, poi iniezione onde sonica (audio)nel mezzo. I fisici cinesi utilizzando metamateriali come mezzo di emissione laser, poiché rendono eccellenti per le guide d’onda della luce, modificando l’indice di rifrazione e, di conseguenza, il percorso che la luce segue – al pari di come la gravità distorce lo spazio-tempo.
Questo è il trucco dietro il potenziale di mantelli dell’invisibilità. La squadra cinese è riuscita a distorcere “spazio”, tanto che la luce brillava nel metamateriale è riuscita a fuggire, proprio come l’orizzonte degli eventi di un buco nero.
Ora, Leonhardt e amici pensano di poter usare metamateriali – o addirittura diamanti cresciuti fino a ottenere la forma desiderata di guida d’onda – per costruire un prototipo di laser buco nero in laboratorio, utilizzando un fascio molto intenso per produrre i cambiamenti necessari estremi dell’indice di rifrazione del materiale.
Certo, è una sfida importante per costruire un prototipo funzionante di un tale dispositivo in laboratorio. Ma l’intera nozione è dannatamente cool. Chi sapeva analoghi concetti potrebbero avere applicazioni pratiche?
Di Jennifer Ouellette
Immagini : (in alto) Illustrazione di ipotetico ponte di Einstein-Rosen: un buco nero e un buco bianco collegati da un tunnel spaziale. Fonte: Wikimedia Commons. Credit: Allen McCloud . (In basso) Schema per laser buco nero in un laboratorio. Dalla carta arXiv da Daniele Faccio, Tal Arane, Marco Lamperti, e Ulf Leonhardt.
Fonte: http://news.discovery.com/space/can-you-make-a-laser-from-a-black-hole-121011.html
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