UN trou noir L’analogique pourrait nous dire une chose ou deux sur un rayonnement insaisissable théoriquement émis par la chose réelle.
En utilisant une chaîne d’atomes en file indienne pour simuler l’horizon des événements d’un trou noir, une équipe de physiciens a observé en 2022 l’équivalent de ce que l’on appelle Rayonnement de Hawking – des particules nées de perturbations des fluctuations quantiques provoquées par la rupture de l’espace-temps du trou noir.
Ceci, disent-ils, pourrait aider à résoudre la tension entre deux cadres actuellement irréconciliables pour décrire l’Univers : le théorie générale de la relativité, qui décrit le comportement de la gravité comme un champ continu appelé espace-temps ; et la mécanique quantique, qui décrit le comportement des particules discrètes à l’aide des mathématiques des probabilités.
Pour qu’une théorie unifiée de la gravité quantique puisse être appliquée universellement, ces deux théories non miscibles doivent trouver un moyen de s’entendre d’une manière ou d’une autre.
C’est ici que trous noirs entrent en scène – peut-être les objets les plus étranges et les plus extrêmes de l’Univers. Ces objets massifs sont si incroyablement denses que, à une certaine distance du centre de masse du trou noir, aucune vitesse dans l’Univers n’est suffisante pour s’échapper. Pas même la vitesse de la lumière.
Cette distance, variable en fonction de la masse du trou noir, on l’appelle l’horizon des événements. Une fois qu’un objet franchit sa frontière, nous ne pouvons qu’imaginer ce qui se passe, puisque rien ne nous renvoie d’informations vitales sur son sort. Mais en 1974, Stephen Hawking proposé que les interruptions des fluctuations quantiques causées par l’horizon des événements entraînent un type de rayonnement très similaire au rayonnement thermique.
Si ce rayonnement Hawking existe, il est bien trop faible pour que nous puissions le détecter. Il est possible que nous ne parvenions jamais à l’extraire de la statique sifflante de l’Univers. Mais nous pouvons sonder ses propriétés en créant analogues de trous noirs en laboratoire.
Cela avait déjà été fait auparavant, mais en novembre 2022, une équipe dirigée par Lotte Mertens de l’Université d’Amsterdam aux Pays-Bas a tenté quelque chose de nouveau.
Une chaîne unidimensionnelle d’atomes a servi de chemin pour les électrons « sautent » d’une position à une autre. En ajustant la facilité avec laquelle ces sauts peuvent se produire, les physiciens pourraient faire disparaître certaines propriétés, créant ainsi une sorte d’horizon des événements qui interférerait avec la nature ondulatoire des électrons.
L’effet de ce faux horizon des événements a produit une augmentation de la température qui correspondait aux attentes théoriques d’un système de trous noirs équivalent, a déclaré l’équipe : mais seulement lorsqu’une partie de la chaîne s’étendait au-delà de l’horizon des événements.
Cela pourrait signifier le enchevêtrement de particules qui chevauchent l’horizon des événements joue un rôle déterminant dans la génération du rayonnement de Hawking.
Le rayonnement Hawking simulé n’était thermique que pour une certaine plage d’amplitudes de sauts, et dans le cadre de simulations qui commençaient par imiter une sorte d’espace-temps considéré comme « plat ». Cela suggère que le rayonnement de Hawking ne peut être thermique que dans certaines situations et lorsqu’il y a un changement dans la déformation de l’espace-temps dû à la gravité.
On ne sait pas exactement ce que cela signifie pour la gravité quantique, mais le modèle offre un moyen d’étudier l’émergence du rayonnement de Hawking dans un environnement qui n’est pas influencé par la dynamique sauvage de la formation d’un trou noir. Et comme c’est si simple, cela peut être utilisé dans un large éventail de configurations expérimentales, ont déclaré les chercheurs.
« Cela peut ouvrir la voie à l’exploration des aspects fondamentaux de la mécanique quantique aux côtés de la gravité et des espaces-temps courbes dans divers contextes de matière condensée. » les chercheurs ont écrit.
La recherche a été publiée dans Recherche sur l’examen physique.
Une version de cet article a été publiée pour la première fois en novembre 2022.
