Cientistas criaram um buraco negro no laboratório, e então ele começou a brilhar

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Simulação de um buraco negro deformado e giratório. (Créditos: Yukterez/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)

Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

Um novo tipo de análogo de buraco negro poderia nos dizer mais coisas sobre uma radiação indescritível teoricamente emitida pelo objeto real.

Usando uma cadeia de átomos em arquivo único para simular o horizonte de eventos de um buraco negro, uma equipe de físicos observou o equivalente ao que chamamos de radiação Hawking – partículas nascidas da confusão das flutuações quânticas causadas pela perturbação do buraco negro no espaço-tempo.

Isso, disseram eles, poderia ajudar a resolver a tensão entre duas estruturas atualmente irreconciliáveis ​​para descrever o Universo: a teoria geral da relatividade, que descreve o comportamento da gravidade como um campo contínuo conhecido como espaço-tempo; e a mecânica quântica, que descreve o comportamento de partículas minúsculas usando a matemática da probabilidade.

Para uma teoria unificada da gravidade quântica que possa ser aplicada universalmente, essas duas teorias imiscíveis precisam encontrar uma maneira de se dar bem.

É aqui que os buracos negros entram em cena – possivelmente os objetos mais estranhos e extremos do Universo. Esses objetos massivos são tão incrivelmente densos que, a uma certa distância do centro de massa do buraco negro, nenhuma velocidade no Universo é suficiente para escapar. Nem mesmo a velocidade da luz.

Essa distância, variando dependendo da massa do buraco negro, é chamada de horizonte de eventos. Uma vez que um objeto cruza sua fronteira, podemos apenas imaginar o que acontece, pois nada retorna com informações vitais sobre seu destino. Mas em 1974, Stephen Hawking propôs que as perturbações nas flutuações quânticas causadas pelo horizonte de eventos resultam em um tipo de radiação muito semelhante à radiação térmica.

Se essa radiação Hawking existe, é muito fraca para ser detectada ainda. É possível que nunca a capturemos das vastas distâncias do Universo. Mas podemos sondar suas propriedades criando análogos de buracos negros em ambientes de laboratório.

Isso já foi feito antes, mas agora uma equipe liderada por Lotte Mertens, da Universidade de Amsterdã, na Holanda, fez algo novo.

Uma cadeia unidimensional de átomos serviu como um caminho para os elétrons “saltarem” de uma posição para outra. Ao ajustar a facilidade com que esse salto pode ocorrer, os físicos podem fazer com que certas propriedades desapareçam, criando efetivamente uma espécie de horizonte de eventos que interferiu na natureza ondulatória dos elétrons.

O efeito desse falso horizonte de eventos produziu um aumento na temperatura que correspondeu às expectativas teóricas de um sistema equivalente de buracos negros, disse a equipe, mas apenas quando parte da cadeia se estendeu além do horizonte de eventos.

Isso pode significar que o emaranhamento de partículas que atravessam o horizonte de eventos é fundamental para gerar a radiação Hawking.

A radiação Hawking simulada era apenas térmica para uma certa faixa de amplitudes do salto de elétrons, e sob simulações que começavam por imitar um tipo de espaço-tempo considerado ‘plano’. Isso sugere que a radiação Hawking só pode ser térmica dentro de uma série de situações e quando há uma mudança na deformação do espaço-tempo devido à gravidade.

Não está claro o que isso significa para a gravidade quântica, mas o modelo oferece uma maneira de estudar o surgimento da radiação Hawking em um ambiente que não é influenciado pela dinâmica selvagem da formação de um buraco negro. E, por ser tão simples, pode ser usado em uma ampla variedade de configurações experimentais, disseram os pesquisadores.

“Isso pode abrir um local para explorar aspectos fundamentais da mecânica quântica ao lado da gravidade e dos espaços-tempos curvos em várias configurações de matéria condensada”, escreveram os pesquisadores.

A pesquisa foi publicada na Physical Review Research.