Simulato in laboratorio l’orizzonte degli eventi di un buco nero

Alla fine anche questo “frutto proibito” è stato colto: lun gruppo di ricercatori, utilizzando una catena di atomi, è riuscito a simulare l’orizzonate degli eventi di un buco nero in laboratorio. La ricerca è stata pubblicata su Physical Review Research.

Questo successo scientifico potrebbe dirci diverse cose su una radiazione sfuggente teoricamente emessa da un reale buco nero. 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. Tuttavia, c’è ancora molto da scoprire su questi oggetti spaziali. 

Buco nero simulato in laboratorio: ora sappiamo qualcosa in più sull’universo

Questo passo in avanti, dicono i ricercatori, 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, bisogna trovare il modo di conciliare queste due teorie apparentemente incompatibili.

C’è ancora molto da scoprire sui buchi neri 

Nonostante l’esperimento, abbiamo ancora molto da scoprire sui buchi neri, che sono probabilmente gli oggetti più strani e pericolosi 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 sul suo destino.

Il lavoro di Stephen Hawking

Nel 1974, però, 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 ma possiamo sondare le sue proprietà creando analoghi del buco nero in ambienti di laboratorio. Questo è già stato fatto prima, ma in uno studio pubblicato lo scorso anno, condotto da Lotte Mertens dell’Università di Amsterdam nei Paesi Bassi, i ricercatori hanno fatto qualcosa di nuovo.

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 potevano 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.

La 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 da realizzare, può essere utilizzato in un’ampia gamma di configurazioni sperimentali, come hanno affermato i ricercatori.