La natura precisa dei buchi neri è stata messa in discussione da quando la teoria della relatività generale di Albert Einstein ha dato origine alla possibilità della loro esistenza. Tra le scoperte più famose c’era la previsione del fisico inglese Stephen Hawking secondo cui alcune particelle vengono effettivamente emesse ai margini di un buco nero.
I fisici hanno anche esplorato il funzionamento dei vuoti. All’inizio degli anni ’70, mentre Hawking descriveva come la luce può sfuggire all’attrazione gravitazionale di un buco nero, il fisico canadese William Unruh propose che un fotorilevatore accelerato abbastanza velocemente potesse “vedere” la luce nel vuoto.
Una nuova ricerca di Dartmouth fa avanzare queste teorie descrivendo in dettaglio un modo per produrre e rilevare la luce che in precedenza si pensava fosse inosservabile.
“Nel quotidiano, i risultati sembrano suggerire sorprendentemente la capacità di produrre luce dal vuoto”, afferma Miles Blencowe, il professore di fisica Eleanor e A. Kelvin Smith e ricercatore senior dello studio. “Abbiamo, in sostanza, prodotto qualcosa dal nulla; il pensiero di ciò è semplicemente fantastico.”
Nella fisica classica, il vuoto è pensato come l’assenza di materia, luce ed energia. Nella fisica quantistica, il vuoto non è così vuoto, ma pieno di fotoni che fluttuano dentro e fuori l’esistenza. Tuttavia, tale luce è praticamente impossibile da misurare.
Con la scienza che già dimostra che l’osservazione della luce nel vuoto è possibile, il team ha cercato di trovare un modo praticabile per rilevare i fotoni.
La teoria, pubblicata su Communications Physics, prevede che le imperfezioni a base di azoto in una membrana di diamante in rapida accelerazione possano essere rilevate.
Nell’esperimento proposto, un diamante sintetico delle dimensioni di un francobollo contenente i rilevatori di luce a base di azoto è sospeso in una scatola di metallo super raffreddata che crea un vuoto. La membrana, che agisce come un trampolino legato, viene accelerata a velocità massicce.
“Il movimento del diamante produce fotoni”, afferma Hui Wang, Guarini, ricercatore post-dottorato che ha scritto il documento teorico come studente laureato. “In sostanza, tutto ciò che devi fare è scuotere qualcosa abbastanza violentemente da produrre fotoni entangled“.
Lo studio, sostenuto dalla National Science Foundation, è il primo a esplorare l’utilizzo di più rilevatori di fotoni e i difetti del diamante per amplificare l’accelerazione e aumentare la sensibilità di rilevamento. L’oscillazione del diamante consente inoltre all’esperimento di svolgersi in uno spazio controllabile a intensi tassi di accelerazione.
“I fotoni rilevati dal diamante sono prodotti in coppia”, afferma Hui. “Questa produzione di fotoni accoppiati ed entangled è la prova che i fotoni sono prodotti nel vuoto e non da un’altra fonte”.
La luce rilevata esiste nella frequenza delle microonde, quindi non è visibile all’occhio umano, ma Blencowe e Wang sperano che il lavoro aggiunga comprensione delle forze fisiche che contribuiscono alla società nel modo in cui hanno fatto altre ricerche teoriche. In particolare, il lavoro può aiutare a far luce sperimentale sulla previsione di Hawking per l’irradiazione di buchi neri attraverso la lente della ricerca di Einstein.
“Parte della responsabilità e della gioia di essere teorici come noi consiste nel mettere fuori le idee”, afferma Blencowe. “Stiamo cercando di dimostrare che è fattibile fare questo esperimento, per testare qualcosa che è stato fino ad ora straordinariamente difficile”.
