Perché un gruppo di scienziati vuole simulare un buco nero in laboratorio

Perché un gruppo di scienziati vuole simulare un buco nero in laboratorio
14 Ottobre 2021 – 18:00

Immagine: NASA’s Goddard Space Flight CenterPotremmo essere un passo più vicini a rilevare la radiazione di Hawking, il tipo di radiazione che emetterebbero i buchi neri, ipotizzata dall’astrofisico britannico e sulla cui esistenza scienziati da tutto il mondo stanno trovando alcune prove sperimentali. Come rilevare qualcosa di estremamente complicato anche solo da ipotizzare? Simulando, attraverso un particolare circuito elettronico, alcune proprietà dei buchi neri e creare così un “laser a buco nero”. È quanto emerge da un progetto proposto da Haruna Katayama dell’Università di Hiroshima, in Giappone. Attraverso lo sviluppo di un particolare circuito elettronico, si potrebbe generare un “solitone”, un tipo di onda in grado di – è il caso di dirlo – “gettare luce” sui buchi neri e sulla radiazione di Hawking. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Scientific Reports.
La chiave alla “teoria del tutto”
La “teoria del tutto” di Stephen Hawking, teoria in grado di unificare le quattro forze fondamentali, è diventata famosa anche tra i profani della fisica. Con essa, anche la sua principale difficoltà: quella di integrare la relatività generale con la meccanica quantistica. Ciò potrebbe essere possibile grazie allo studio della radiazione di Hawking, la radiazione generata vicino all’orizzonte degli eventi dei buchi neri (il “limite” di queste regioni spazio-temporali) che è stata teorizzata dall’astrofisico britannico negli anni Settanta del secolo scorso.
Si tratta di un’ipotesi che entra in conflitto con la relatività generale di Einstein. Se i buchi neri sono entità in cui la forza di gravità è talmente forte da non lasciar uscire neanche la luce, secondo la teoria della relatività è impossibile che un qualche tipo di radiazione possa sfuggire loro. Osservare la radiazione di Hawking, però, potrebbe offrire una chiave utile per integrare la relatività generale con la meccanica quantistica. Tuttavia si tratta di un’impresa tutt’altro che facile. La radiazione di Hawking dovrebbe essere molto più piccola della radiazione cosmica di fondo, e quindi, difficilmente osservabile a partire da un “vero” buco nero. Ecco perché gli scienziati stanno cercando soluzioni alternative.
Un buco nero, in laboratorio
Per esempio, creare in laboratorio analoghi dei buchi neri, con proprietà fisiche simili a quelli veri, e i cosiddetti “buchi bianchi”, entità opposte ai buchi neri, in cui luce e materia possono solo uscire e non entrare. Senza addentrarci troppo nei dettagli tecnici, nell’articolo Katayama propone un circuito elettronico da realizzare con un materiale con una struttura che non è presente in natura (detto “metamateriale”), progettato in modo che le particelle al suo interno possano muoversi più velocemente della luce che lo attraversa, e che possa consentire alla radiazione di Hawking di viaggiare avanti e indietro tra gli orizzonti di un buco nero e di un buco bianco. Un circuito del genere potrebbe potenzialmente produrre ciò che è noto come “solitone”: una forma d’onda che potrebbe individuare e amplificare la radiazione proveniente da un buco nero.
In sostanza, quindi, la ricerca propone lo sviluppo di questo particolare “laser a buco nero” che possa rilevare la radiazione di Hawking, altrimenti non osservabile. Non che sia il primo laser di questo tipo a essere ipotizzato, ma questo potrebbe avere una marcia in più. “A differenza dei laser a buco nero precedentemente proposti, la nostra versione ha una cavità buco nero/buco bianco formata all’interno di un singolo solitone, dove la radiazione di Hawking viene emessa al di fuori, in modo da poterla rilevare“, afferma Katayama. Per ora il laser rimane una solida proposta e una suggestiva ipotesi per il futuro, in cui riuscire a rilevare la radiazione di Hawking potrebbe voler dire anche controllarla, con interessanti sviluppi futuri per carpire la “teoria del tutto” e finalmente integrare meccanica quantistica e relatività generale.
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Fonte: Wired

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