Gli scienziati hanno creato un buco nero in laboratorio: l’oggetto, ad un tratto, ha iniziato a brillare.
I buchi neri sono tra gli oggetti più misteriosi dell’universo. L’esperimento in questione potrebbe darci diverse risposte sulla reale natura di questi bestioni spaziali tanto affascinanti quanto paurosi. Usando una catena di atomi in fila indiana per simulare l’orizzonte degli eventi di un buco nero, un team di fisici ha osservato l’equivalente di quella che chiamiamo radiazione di Hawking: particelle nate da disturbi nelle fluttuazioni quantistiche causate dalla rottura del buco nero nello spaziotempo.
Questo, dicono, potrebbe aiutare a risolvere la tensione tra due strutture attualmente inconciliabili per descrivere l’universo: la teoria generale della relatività, che descrive il comportamento della gravità come un campo continuo noto come spaziotempo; e la meccanica quantistica, che descrive il comportamento di particelle discrete usando la matematica della probabilità.
Per una teoria unificata della gravità quantistica che possa essere applicata universalmente, queste due teorie immiscibili devono trovare un modo per andare d’accordo.
Il buco nero: mistero dell’universo
Come informa PHYSICAL REVIEW RESEARCH i buchi neri sono probabilmente gli oggetti più strani ed estremi dell’universo. Questi oggetti massicci sono così incredibilmente densi che, entro una certa distanza dal centro di massa del buco nero, nessuna velocità nell’universo è sufficiente per la fuga. Nemmeno alla velocità della luce. Quella distanza, che varia a seconda della massa del buco nero, è chiamata orizzonte degli eventi. Una volta che un oggetto attraversa il suo confine possiamo solo immaginare cosa succede, poiché nulla ritorna con informazioni vitali sul suo destino.
Tuttavia nel 1974 Stephen Hawking propose che le interruzioni delle fluttuazioni quantistiche causate dall’orizzonte degli eventi risultassero in un tipo di radiazione molto simile alla radiazione termica. Se questa radiazione di Hawking esiste, è ancora troppo debole per essere rilevata. È possibile che non riusciremo mai a separarla dalla statica sibilante dell’universo. Possiamo, però, sondare le sue proprietà creando analoghi del buco nero in ambienti di laboratorio.
Questo è già stato fatto in passato, ma ora un team guidato da Lotte Mertens dell’Università di Amsterdam nei Paesi Bassi ha fatto qualcosa di nuovo.
È possibile creare l’orizzonte degli eventi?
Una catena unidimensionale di atomi fungeva da percorso per gli elettroni per “saltare” da una posizione all’altra. Regolando la facilità con cui può verificarsi questo salto, i fisici potrebbero far svanire alcune proprietà, creando di fatto una sorta di orizzonte degli eventi che interferisce con la natura ondulatoria degli elettroni. L’effetto di questo falso orizzonte degli eventi ha prodotto un aumento della temperatura che corrispondeva alle aspettative teoriche di un sistema di buchi neri equivalente, ha affermato il team, ma solo quando una parte della catena si estendeva oltre l’orizzonte degli eventi. Ciò potrebbe significare che l’entanglement di particelle a cavallo dell’orizzonte degli eventi è determinante per generare la radiazione di Hawking.
Qualche parola sulla radiazione di Hawking
La radiazione di Hawking simulata era solo termica per un certo intervallo di ampiezze di salto, e in simulazioni che iniziavano imitando una sorta di spaziotempo considerato “piatto”. Ciò suggerisce che la radiazione di Hawking può essere termica solo in una serie di situazioni e quando c’è un cambiamento nella curvatura dello spazio-tempo dovuto alla gravità.
Non è chiaro cosa questo significhi per la gravità quantistica, ma il modello offre un modo per studiare l’emergere della radiazione di Hawking in un ambiente che non è influenzato dalle dinamiche selvagge della formazione di un buco nero. E, poiché è così semplice, può essere utilizzato in un’ampia gamma di configurazioni sperimentali, hanno affermato i ricercatori.
Questi ultimi scrivono: “Questo può aprire una sede per esplorare aspetti quantomeccanici fondamentali insieme alla gravità e allo spaziotempo curvo in vari contesti di materia condensata”.
