Un laboratorio israeliano ha creato un minuscolo buco nero per studiare le previsioni di Hawking

Un laboratorio israeliano ha creato un minuscolo buco nero per studiare le previsioni di Hawking
3 March 2021 – 15:23

(foto: Science Photo Library via Getty Images)La previsione di Stephen Hawking era giusta: i buchi neri emettono una radiazione termica causata da particolari effetti quantistici, in un fenomeno che viene oggi chiamato radiazione di Hawking. Fino ad ora, tuttavia, nessuno è mai riuscito a osservarla direttamente, probabilmente perché molto debole, e ci sono quindi rarissime prove sperimentali della sua esistenza. A riuscirci oggi sono i ricercatori del Technion-Israel Institute of Technology che nel loro nuovo studio, pubblicato su Nature Physics, hanno ricreato nel loro laboratorio un mini buco nero di poche migliaia di atomi, riuscendo così a confermare due delle previsioni più importanti fatte oltre 40 anni fa da Hawking, ossia che la misteriosa radiazione è spontanea e, poi, che questa non cambia la sua intensità nel tempo (è stazionaria). “Hawking suggeriva che i buchi neri sono proprio come le stelle normali, che irradiano un certo tipo di radiazione tutto il tempo, costantemente”, precisano gli autori dello studio. “Questo è quello che volevamo confermare nel nostro studio, e lo abbiamo fatto”.
La gravità di un buco nero è così potente che nemmeno la radiazione elettromagnetica o la luce possono sfuggire alla sua presa, una volta che un fotone, o particella di luce, attraversa il suo punto di non ritorno, chiamato orizzonte degli eventi. Per sfuggirgli, una particella dovrebbe infrangere le leggi della fisica e viaggiare più velocemente della luce. Hawking ha così dimostrato, a livello teorico, che sebbene nulla che attraversi questo confine possa sfuggire, i buchi neri possono comunque emettere spontaneamente una debole radiazione grazie a quelle che vengono chiamate particelle virtuali.
Le fluttuazioni quantistiche del vuoto, infatti, generano la comparsa di coppie particella-antiparticella (fotone- anti-fotone) nelle immediate vicinanze dell’orizzonte degli eventi. Una particella cade nel buco nero (e per il principio di conservazione dell’energia, ha una carica negativa), mentre l’altra riesce a sfuggire nello spazio, diventando appunto la radiazione di Hawking. Solo da questo, con un tempo sufficiente (molto più lungo dell’età dell’universo), un buco nero potrebbe evaporare, fino a sparire completamente. Quando una particella fugge nell’universo, infatti, il buco nero perde una piccolissima quantità d’energia e, secondo la teoria della relatività di Einstein, la sua massa si dovrà ridurre.
L’analogo di un buco nero ricreato in laboratorio dagli autori del nuovo studio è stato costruito partendo da un gas di circa 8mila atomi di rubidio, raffreddato quasi allo zero assoluto e tenuto in posizione da un raggio laser. Al posto della radiazione luminosa, tuttavia, i ricercatori si sono serviti di quella sonora, e delle onde acustiche provenienti dal materiale, noto come condensato di Bose-Einstein. Utilizzando un secondo raggio laser, il team ha creato una scoglieradi energia potenziale, che ha fatto fluire il gas come l’acqua che scorre veloce giù da una cascata, creando così un orizzonte degli eventi (che indica appunto la superficie oltre la quale non può sfuggire nulla) in cui una metà del gas scorreva più velocemente della velocità del suono, l’altra più lentamente.
Gli atomi di rubidio, spiegano i ricercatori, fluiscono più rapidamente della velocità del suono, e quindi le onde sonore non possono raggiungere l’orizzonte degli eventi e sfuggire al buco nero. Al di fuori dell’orizzonte, però, il gas scorre più lentamente, e quindi le onde sonore possono muoversi liberamente.
“Il rubidio scorre veloce, più veloce della velocità del suono, e questo significa che il suono non può andare controcorrente”, spiega a Phys.org il co-autore Jeff Steinhauer. “È come cercare di nuotare contro una corrente più veloce di quanto tu possa nuotare. È proprio come essere in un buco nero, una volta dentro, è impossibile raggiungere l’orizzonte”. Dopo aver individuato le coppie di fononi (onde sonore, l’equivalente dei fotoni di un buco nero), i ricercatori sono riusciti, dopo ben 97mila tentativi, a confermare che la radiazione di Hawking è rimasta costante nel tempo. “Abbiamo dimostrato che la radiazione di Hawking è stazionaria, il che significa che non è cambiata con il tempo, che è esattamente ciò che aveva previsto Hawking”, ha concluso Steinhauer.
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Fonte: Wired

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