Akoestisch zwart gat gemaakt in Bose-Einstein-condensaat

Een van de vele merkwaardige eigenschappen van Bose-Einstein-condensaten (BEC's) is dat de stroom van geluid erdoor wordt bepaald door dezelfde vergelijkingen die beschrijven hoe licht wordt gebogen door een zwaartekrachtveld. Dat biedt de mogelijkheid voor allerlei soorten plezier en spelletjes: in theorie kunnen natuurkundigen met geluid en BEC's elke slechte manier reproduceren van de zwaartekracht met licht.

Vandaag zeggen Oren Lahav en zijn vrienden van het Israel Institute of Technology, in Haifa, dat ze het sonische equivalent van een zwart gat in een BEC hebben gecreëerd. Dat is een prestatie, aangezien natuurkundigen zich al zo'n 30 jaar afvragen over deze mogelijkheid en verschillende groepen met de mogelijkheid om BEC's te maken racen om akoestische zwarte gaten te creëren.

Het algemene idee is om een ​​supersonische stroom van atomen binnen de BEC op te zetten. Geluidsgolven die tegen deze stroom in bewegen, kunnen nooit grond maken. Dus het gebied waar de stroom verandert van subsonisch naar supersonisch is een waarnemingshorizon. Alle geluidsgolven (of fononen) die binnen de waarnemingshorizon worden gecreëerd, kunnen nooit ontsnappen omdat de stroom daar supersonisch is. Dat is het zwarte gat.

Lahav en co zetten een supersonische stroom op door een diepe potentiaalbron te creëren in het midden van een BEC die atomen aantrekt. De atomen stromen erin, maar kunnen hun energie niet opgeven wanneer ze aankomen (ze zijn al in hun laagste energietoestand), en dus stromen ze met supersonische snelheid door de put.

Het resultaat is een gebied binnen de BEC waarin de atomen met supersonische snelheid bewegen. Dit is het zwarte gat: elk fonon dat de pech heeft dit gebied binnen te dwalen, kan niet ontsnappen.

Een van de redenen waarom sonische zwarte gaten zo gewaardeerd worden, is dat ze Hawking-straling zouden moeten produceren. De kwantummechanica voorspelt dat paren virtuele fononen met een gelijk en tegengesteld momentum constant in en uit BEC's zouden moeten springen.

Als een van dit paar de waarnemingshorizon zou passeren, zou het in het zwarte gat worden gezogen en nooit meer ontsnappen. De ander zou echter vrij zijn om zijn weg te gaan. Deze stroom van ontsnapten zou de beroemde, maar nog niet waargenomen, Hawking-straling zijn.

Lahav en zijn maatjes zijn nog niet zo ver, maar ze hebben een belangrijke stap gezet in de richting van het observeren van Hawking-straling en hebben duidelijk hun ogen op dit doel gericht.

Er is hier geen gebrek aan concurrentie, en de creatie van het eerste sonische zwarte gat zal de concurrentie zeker stimuleren. Verwacht binnenkort iemand de eerste waarneming van Hawking-straling te zien opeisen.

Referentie: arxiv.org/abs/0906.1337 : Een sonisch zwart gat in een Bose-Einstein-condensaat met omgekeerde dichtheid

zich verstoppen