Buchi neri: sembra che Hawking avesse ragione

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Un analogo di un buco nero creato in laboratorio ha fornito nuove prove che questi misteriosi oggetti spaziali emettono realmente radiazioni. Si tratta di una evidenza indiretta: i fisici hanno dimostrato che l’analogo di un buco nero ha una temperatura misurabile, che è un prerequisito necessario per l’emissione della radiazione prevista da Stephen Hawking.

Secondo la relatività generale , un buco nero è implacabile. Il suo potere gravitazionale è così intenso che nemmeno la luce, la cosa più veloce nell’Universo, può raggiungere la velocità di fuga. Pertanto, un buco nero sotto la relatività generale non emette radiazioni elettromagnetiche.

Ma secondo una teoria proposta da Hawking nel 1974, un buco nero emette qualcosa quando alla relatività si aggiunge la Meccanica Quantistica: un tipo teorico di radiazione elettromagnetica chiamata, opportunamente, radiazione di Hawking. Questa emissione teorica assomiglia alla radiazione di corpo nero e viene prodotta dalla temperatura del buco nero, che è inversamente proporzionale alla sua massa. Tuttavia, siamo ancora sul piano teorico, rilevare la radiazione di Hawking è molto più facile a dirsi che a farsi. Questa radiazione, se esiste, è troppo debole per essere individuata con i nostri strumenti attuali.

E neanche misurare la temperatura di un buco nero è sarebbe cosa facile. Un buco nero con la massa del Sole avrebbe una temperatura di soli 60 nanokelvin. La radiazione cosmica di fondo a microonde che assorbirebbe sarebbe molto più alta della radiazione Hawking emessa, e più grande è il buco nero, minore è la sua temperatura.

Ma cosa sono gli analoghi di laboratorio? All’inizio dell’anno ne è stato realizzato uno con la fibra ottica. Questa volta, invece, il sistema è stato realizzato con un gruppo di atomi di rubidio ultrafreddi raffreddati a pochi miliardi di gradi sopra lo zero assoluto. Questi sono chiamati condensati di Bose-Einstein.

Quando questa condensa inizia a fluire, crea qualcosa chiamato buco nero acustico: questo oggetto intrappola il suono (fononi) anziché la luce (i fotoni). Sul lato ad alta energia dell’esperimento, la condensa scorre lentamente; sul lato a bassa energia, scorre più veloce. In sostanza si crea un “orizzonte degli eventi” sonico.

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Come il fisico Jeff Steinhauer, del Technion-Israel Institute of Technology, e colleghi hanno dimostrato nel 2016, quando una coppia di fononi entangled appare in questo orizzonte degli eventi, uno dei fononi viene spinto via dalla condensa a bassa velocità, questo è l’analogo della radiazione Hawking.

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Nel frattempo, il condensato ad alta velocità si muove più velocemente dell’altro fonone, quindi viene inghiottito dall’analogo di un buco nero, o almeno così pensava il team di Steinhauer. Ma Ulf Leonhardt, che ha guidato l’esperimento in fibra ottica menzionato sopra, ha scoperto che si trattava di un’anomalia statistica, quindi il team è tornato sui suoi passi e ha perfezionato l’esperimento. I nuovi risultati dimostrano di nuovo  che un fonone viene spinto fuori in uno spazio ipotetico, mentre l’altro viene inghiottito dall’ipotetico buco nero.

Leonhardt è compiaciuto del risultato: “Mi congratulo davvero con Jeff per il suo lavoro, che è un passo importante per la comunità scientifica“, ha detto a Physics World . “È qualcosa di cui dovrebbe essere orgoglioso e qualcosa che dovremmo tutti celebrare come un documento eccellente“.

L’esperimento, però, ha prodotto anche un altro risultato.

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La principale novità del lavoro di de Nova e colleghi è uno schema di rilevamento intelligente che usano per estrarre la temperatura della radiazione emessa“, ha scritto il matematico Silke Weinfurtner, dell’Università di Nottingham, in un editoriale che accompagna il documento . “I risultati di questo lavoro forniscono la prima prova fornita da un simulatore quantistico dell’esistenza della temperatura Hawking“.

Quindi, pare proprio che Hawking avesse ragione.

A parte questo, il metodo utilizzato per rilevare la temperatura dell’analogo di un buco nero potrebbe aiutarci ad acquisire una più profonda comprensione della termodinamica dei buchi neri.

Fonte: Nature.

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