A fekete lyukak tanulmányozásának legjobb módszere, ha létrehozunk egyet laboratóriumban. Ezek az "asztali" fekete lyukak a fény helyett hangot nyelnek el, egyiküknél pedig első alkalommal sikerült kvantum-összefonódást megfigyelni. Ez már komoly áttörést jelentene, a kérdés csak az, vajon ez a mesterséges fekete lyuk mennyiben adja vissza az eredeti egzotikus fizikáját?

A fekete lyukak halott csillagok rendkívüli sűrűségű maradványai és azért feketék, mert erős gravitációjukból semmi, még a fény sem szabadulhat. Azt a pontot, ahonnan nincs visszaút, eseményhorizontnak nevezik. Ezek jellemzően mindenki számára világos tények, van azonban a kvantumelméletnek egy csavarja, ami szerint a fekete lyukak mégsem teljesen "feketék".

1974-ben Stephen Hawking kijelentette, hogy az eseményhorizontból egy halvány izzás áramolhat kifelé. A kvantumelmélet szerint minden részecskének van egy antianyag társa, ezek a párok folyamatosan keletkeznek, mielőtt kioltanák egymást. A fekete lyuk azonban a pereménél létrejövő részecskepárokat széthúzhatja. Ha a pár egyik fele az eseményhorizonton kívülre esik, még elszökhet, miközben a másik felet már áthúzza a fekete lyuk vonzása. Ez a megmenekült részecske, illetve részecskék eredményezik a fent említett izzást, amit Hawking-sugárzásnak neveztek el.

Ez a jel azonban túl halvány, hogy a valódi fekete lyukaknál észlelhető legyen, vagyis jelenleg csak elméleti síkon létezik. A teszteléséhez a fizikusok miniatűr mesterséges fekete lyukakat építettek, melyeknél a fény szerepét a hang játssza.

Bill Unruh, a kanadai Brit-Kolumbia Egyetem tudósa volt ezeknek a fekete lyukat szimuláló részecskecsapdáknak az egyik úttörője. 1981-es számításai szerint a mesterséges fekete lyukak is sugárzást bocsátanak ki eseményhorizontjaikról, igazolva a Hawking-sugárzást. A legfrissebb eredmények szerint - melyeket Jeff Steinhauer, az izraeli Techion-Israel Műszaki Egyetem munkatársa szolgáltatott - ismételten észlelhető volt a sugárzás, méghozzá az eseményhorizonton elhelyezkedő kvantum-összefonódású részecskékből. Az összefonódás Hawking elméletének kulcsa, ami mind a mai napig vitatéma a fizikusok között.

A Steinhauer-féle fekete lyuk Bose-Einstein kondenzátum alkalmazásával készült. A kvantumállapot eléréséhez szükséges szuperhideg folyadék egy csövön folyik át, melyben lézerekkel két különböző energiaszintet hoznak létre, mintegy „vízesést” eredményezve. Az atomok szuperszonikus sebességet érnek el, amikor egyik energiaszintről a másikra "zuhannak", ez modellezi az eseményhorizontot. A Hawking-sugárzás méréséhez egy rövid lézerimpulzussal szondázzák, informatikai nyelven szólva pingelik a folyadékot. Ez egy fonont, hangrészecskét, valamint egy partner részecskét hoz létre a horizont közelében - ahogy az Hawking elmélete szerint a valódi fekete lyukaknál is történik. Ezt követően képeket készítenek, hogy megmérjék a törési indexet a folyadékban, ezáltal nyomon követve a hang- és a partner részecske útját az esemény horizontnál. A kísérletet hat napon át 4600-szor ismételték meg.

Az eredmények az eseményhorizonttól mindkét irányba kisugárzó sötét sávot mutatnak. Steinhauer szerint ez két elkülönülő részecske bizonyítéka, melyek pontosan egy időben terjednek, annak ellenére, hogy elválasztja őket a horizont. Mindez arra utal, hogy az elnyelt részecskék kvantum-összefonódásban állnak a szabad részecskékkel, ami a Hawking-sugárzás árulkodó jele. "A kutatás igazolja Hawking számítását és azt, hogy ez alkalmazható az asztrofizikai és az analóg esetre egyaránt" – fogalmazott Steinhauer, állításával azonban koránt sem ért mindenki egyet.

Daniele Faccio, a brit Heriot-Watt Egyetem kutatója korábban egy száloptikás fekete lyuk modellel kísérletezett. Szerinte a kísérlet legbonyolultabb része az összefonódás demonstrálása, a bizonyításhoz azonban további tesztelésre van szükség. "Ha azonban igaz, akkor igen, az összefonódás a Hawking-sugárzás elsődleges kvantum jellemvonása" - ismerte el. Unruh is szeretne független megerősítést. "A nagy eredményekhez szilárd bizonyítékra van szükség" - mondta. "Akárhogy is, én ezt egy csodálatos kísérletként értékelem, amiről már 10 éve álmodozunk, és neki sikerült elsőként. Az hogy kölcsönösséget észlelt a sugárzásban a horizontnál, legyen az összefonódás vagy sem, rendkívüli dolog."

Persze vannak szépséghibái a kísérletnek. A hangrészecskék másként áramlanak egy valódi fekete lyuk pereménél, ahol a gravitáció meghajlítja a tér-időt, mint a fény részecskéi. "Nem hiszem, hogy ez alapján kijelenthető lenne a sugárzás létezése az asztrofizikában" - mondta Faccio. Mivel azonban egy igazi fekete lyukat nem tudunk közelről vizsgálni, így az asztali modellek jelentik a legjobb alternatívát. "Ennyi ismeretlen közepette, kísérletek híján, ezeket az analógiákat kell fejlesztenünk" - szögezte le. Steinhauer jelenleg a sugárzás idővel bekövetkező változásait szeretné tanulmányozni. Reményei szerint modellezése fényt derít a kozmosz legegzotikusabb objektumainak különleges fizikájára. "A fekete lyukak nem csak a fekete lyukak megismeréséhez fontosak, hanem az új fizikai elméletek tanulmányozásában is nagy szerepet játszanak" - összegzett.

Forrás: sg.hu / newscientist.com Kattintson ide...