Eerste waarneming van Hawking-straling

Sinds enige tijd scannen astronomen de hemel op zoek naar tekenen van Hawking-straling. Tot nu toe hebben ze niets bedacht.

Tegenwoordig lijkt het alsof ze zijn verslagen door een groep natuurkundigen die zeggen dat ze Hawking-straling hebben gecreëerd in hun laboratorium. Deze jongens denken dat ze Hawking-straling kunnen produceren op een herhaalbare, ondubbelzinnige manier, waarmee ze eindelijk de voorspelling van Hawking bevestigen. Hier is hoe ze het deden.

Natuurkundigen realiseren zich al lang dat op de kleinste schaal de ruimte gevuld is met een borrelende melee van deeltjes die in en uit het bestaan ​​springen. Deze deeltjes vormen als deeltje-antideeltje-paren en vernietigen snel, waarbij hun energie wordt teruggegeven aan het vacuüm.

De voorspelling van Hawking kwam van het nadenken over wat er zou kunnen gebeuren met deeltjesparen die zich aan de rand van een zwart gat vormen. Hij realiseerde zich dat als een van de twee de waarnemingshorizon zou overschrijden, hij nooit meer zou kunnen terugkeren. Maar zijn partner aan de andere kant zou vrij zijn om te gaan.

Voor een waarnemer zou het lijken alsof het zwarte gat een constante stroom kwantumdeeltjes produceert, die bekend werd als Hawking-straling.

Sindsdien hebben andere natuurkundigen erop gewezen dat zwarte gaten niet de enige plaats zijn waar waarnemingshorizonten kunnen ontstaan. Elk medium waarin golven reizen, kan een waarnemingshorizon ondersteunen en in theorie zou het ook mogelijk moeten zijn om Hawking-straling in deze media te zien.

Vandaag zeggen Franco Belgiorno van de Universiteit van Milaan en een paar vrienden dat ze Hawking-straling hebben geproduceerd door een intense laserpuls af te vuren door een zogenaamd niet-lineair materiaal, dat wil zeggen een materiaal waarin het licht zelf de brekingsindex van het medium verandert.

Terwijl de puls door het materiaal beweegt, verandert ook de brekingsindex, waardoor een soort booggolf ontstaat waarin de brekingsindex veel hoger is dan het omringende materiaal.

Deze toename van de brekingsindex zorgt ervoor dat elk licht dat erin komt, langzamer gaat. Door geschikte omstandigheden te kiezen, is het mogelijk om de lichtgolven tot stilstand te brengen, zeggen Belgiono en co. Dit creëert een horizon waarachter licht niet kan doordringen, wat natuurkundigen een witte-gat-gebeurtenishorizon noemen, het omgekeerde van een zwart gat.

Witte gaten zijn niet zo verschillend van zwarte gaten (in feite stelt Hawking dat ze formeel equivalent zijn). En het is niet moeilijk voor te stellen wat er gebeurt met deeltjesparen die zich aan dit soort horizon vormen. Als een van de twee de horizon overschrijdt, kan hij geen vooruitgang boeken en komt hij vast te zitten. De ander is vrij om te gaan. Dus de horizon zou eruit moeten zien alsof hij kwantumdeeltjes genereert.

Het is deze straling die Belgiorno en co zeggen te hebben gezien door vanaf de zijkant te kijken terwijl een krachtige infrarood laserpuls door een klomp gesmolten silica ploegt. Hun puls heeft een frequentie van 1055 nm, maar het licht dat ze in een rechte hoek zien uitgestraald, heeft een golflengte van ongeveer 850 nm.

De grote vraag is natuurlijk of het uitgestraalde licht wordt gegenereerd door een ander mechanisme zoals Cerenkov-straling, verstrooiing of in het bijzonder fluorescentie, wat het moeilijkst uit te sluiten is.

Belgiorno en vrienden zeggen echter dat ze al deze lichtbronnen kunnen uitsluiten voor de straling die ze zien. In het bijzonder vinden ze dat het fluorescerende licht goed wordt gekarakteriseerd en dat het op verschillende significante manieren verschilt van de emissies die ze zien. Daarom moeten ze Hawking-straling zien, concluderen ze.

Dat is een verbazingwekkende bewering en een die veel natuurkundigen zullen willen overgieten voordat ze champagnekurken laten knappen.

Waarom is het belangrijk? Een reden is dat Hawking-straling de enige bekende manier is waarop zwarte gaten kunnen verdampen, en dus zal een bewijs van het bestaan ​​ervan ingrijpende gevolgen hebben voor de kosmologie en de manier waarop het universum zal eindigen.

En nu het eenmaal is waargenomen, kun je een golf van andere aankondigingen verwachten terwijl onderzoekers zich haasten om het resultaat te herhalen.

Referentie: arxiv.org/abs/1009.4634 : Hawking-straling van ultrakorte laserpulsfilamenten

zich verstoppen