Empleando una simple cadena de átomos en fila, los científicos de la Universidad de Amsterdam han creado un agujero negro sintético en su laboratorio. Es decir, un análogo en miniatura de los objetos astronómicos que consumen toda la materia a su alrededor.
No es la primera vez que se recrea un agujero negro en la Tierra. Esto ya se ha hecho en ciertas universidades de Israel y Estados Unidos. No obstante, este es el primer análogo que comienza a comportarse como un agujero negro real, emitiendo el equivalente a lo que llamamos “radiación de Hawking”.
Pequeño, extraño y lleno de luz
Al combinar la cadena unidimensional de átomos, y luego hacerla pasar por una corriente de electrones, el equipo notó que su agujero negro emitía un brillo peculiar.
Desde hace algunos años se sabe que estos objetos astronómicos generan un tipo de radiación cuántica. Esto debido a que, en 1974, Stephen Hawking propuso que las interrupciones de las fluctuaciones causadas por la ruptura del espacio-tiempo daban como resultado un tipo de radiación muy similar a la térmica. Sin embargo, nunca antes se había observado.
Fue gracias a la simulación en miniatura de este agujero negro que se ha logrado confirmar la radiación de Hawking. Es decir, la existencia de partículas nacidas de perturbaciones en las fluctuaciones cuánticas del espacio-tiempo.
Los científicos aseguran que su hallazgo podría ayudar a resolver el debate entre la teoría de la relatividad, que describe el comportamiento de la gravedad, y la mecánica cuántica, que describe el comportamiento de partículas discretas. Después de todo, dentro de los agujeros negros ocurren fenómenos que involucran tanto ambos elementos.
Nada puede escapar de un agujero negro… o uno sintético
Estos hoyos intergalácticos, posiblemente los objetos más extraños y extremos del universo, podrían decirnos un par de cosas sobre el “horizonte de sucesos”. Es decir, la frontera entre el espacio-tiempo.
Una vez que un objeto cruza ese límite dentro de un agujero negro, solo podemos imaginar lo que sucede ya que nada regresa. Estos objetos masivos son tan increíblemente densos que, a cierta distancia del centro de masa, ninguna velocidad es suficiente para escapar. Ni siquiera la velocidad de la luz.
Sin embargo, es posible probar sus propiedades creando agujeros negros en entornos de laboratorio. Como es el caso de este pequeño análogo sintético que, hasta ahora, ha demostrado que un horizonte de eventos interfiere con la naturaleza ondulatoria de los electrones.
El efecto de este falso horizonte de eventos produjo un aumento de la temperatura que coincidió con las expectativas teóricas de Hawking. Se producía radiación térmica, pero solo cuando parte de la cadena se extendió más allá del horizonte.
Esto podría significar que la radiación de Hawking se produce cuando hay un cambio en la deformación del espacio-tiempo debido a la gravedad. O también, que el enredo de partículas que se extienden a ambos lados del horizonte de eventos es fundamental para generar este tipo de radiación.
“Aquí es donde los agujeros negros entran en escena. Esto permitirá explorar aspectos fundamentales de la mecánica cuántica junto con la gravedad y los espacio-tiempos curvos en materia condensada”.
Lotte Mertens, investigadora de la Universidad de Amsterdam
Todavía no está claro qué significa esto para la gravedad cuántica, o para la astronomía en general. Pero definitivamente el agujero negro sintético ofrece una forma de estudiar la aparición de la radiación de Hawking en un entorno controlado: desde los laboratorios terrestres.
Referencias:
Thermalization by a synthetic horizon https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.043084
