211service.com
Hoe een zwart-gatlaser te bouwen?
Een van de meest fascinerende ontdekkingen in de theoretische natuurkunde van de afgelopen jaren is de formele wiskundige analogie tussen de manier waarop ruimtetijd en bepaalde materialen licht beïnvloeden.
Natuurkundigen hebben dit idee gebruikt om te laten zien hoe je zwarte gaten kunt bouwen met zogenaamde metamaterialen die op exotische manieren licht sturen. Inderdaad, Chinese natuurkundigen bouwden in 2009 precies zo'n kunstmatig zwart gat.
De analogie kan nog verder worden doorgetrokken. Het is niet alleen mogelijk om op deze manier zwarte gaten te maken, maar ook hun in de tijd omgekeerde equivalenten: witte gaten. Bovendien zouden zowel deze witte als zwarte gaten Hawking-straling moeten produceren. Dit is de spontane emissie van straling op het punt van geen terugkeer van een gat, de waarnemingshorizon genoemd.
Deze spontane emissie van straling is een merkwaardig en complex fenomeen. Niemand heeft Hawking-straling waargenomen, noch van astrofysische zwarte gaten, noch van in het laboratorium gebaseerde gaten (hoewel er momenteel een of twee beweringen ter discussie staan). Maar weinig natuurkundigen twijfelen aan het bestaan ervan.
Dus als Hawking-straling echt bestaat, wat kunnen we er dan mee doen? Vandaag krijgen we een antwoord van Daniele Faccio van de Heriot-Watt University in Schotland en een paar vrienden. Deze jongens leggen uit hoe je deze spontane stralingsstraling kunt gebruiken om een laser te maken.
Hun idee is om een zwart gat naast een wit gat te creëren, zodat hun waarnemingshorizon slechts een paar honderd micrometer van elkaar verwijderd is en een kleine holte ontstaat. Vervolgens laten ze zien dat wanneer licht in deze holte wordt afgevuurd, het wordt gereflecteerd door de witte-gat-horizon op de zwarte-gat-horizon, weer terug naar het wit, enzovoort.
Faccio en co laten verder zien dat Hawking-straling tijdens elke reflectie effectief bijdraagt aan de straal, waardoor deze wordt versterkt. Ze zeggen dat dit additieve proces logaritmisch is, dus een klein zaadje licht produceert uiteindelijk een intense stralingsbundel.
Hun echte triomf ligt echter in het laten zien hoe zo'n apparaat in het laboratorium kan worden gemaakt. Ze wijzen erop dat de brekingsindex van bepaalde materialen afhangt van de intensiteit van het licht erin. Dus het licht zelf verandert de brekingsindex.
Dat betekent dat een zeer intense straal een enorme gradiënt in de brekingsindex kan creëren. Deze gradiënt kan zo steil zijn dat het zich gedraagt als een waarnemingshorizon. In feite kan een enkele puls een horizon van een zwart gat aan de voorrand en een horizon van een wit gat aan de achterrand creëren.
Dat is precies de toestand waarnaar deze jongens op zoek zijn. Ze gaan verder met te zeggen dat het mogelijk moet zijn om dit te doen in optische golfgeleiders gemaakt van diamant. Ze hebben het idee numeriek getest en zeggen dat het werkt zoals verwacht.
Faccio en co wijzen er snel op dat het mogelijk is om diamant in min of meer elke vorm te laten groeien, dus het zou mogelijk moeten zijn om dit idee nu in het laboratorium te testen. Dit lijkt er daarom op te wijzen dat dit soort nieuwe amplicatieprocessen in echte omgevingen kunnen worden waargenomen, zeggen ze.
Dat zou een buitengewoon experiment zijn: een zwart-gatlaser in een laboratorium. Koel!
Referentie: arxiv.org/abs/1209.4993 : Optische zwartgatlasers