Um ‘laser de buraco negro’ poderia finalmente iluminar a elusiva radiação Hawking

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Créditos: Mark Garlick / Science Photo Library / Getty Images.

Por David Nield
Publicado na ScienceAlert

Os cientistas estão cada vez mais perto de serem capazes de detectar a radiação Hawking – aquela radiação térmica indescritível que se pensa ser produzida pelo horizonte de eventos de um buraco negro. Apenas entender o conceito dessa radiação é complicado, quanto mais encontrá-la.

Uma nova proposta sugere a criação de um tipo especial de circuito quântico para atuar como um ‘laser de buraco negro’, essencialmente simulando algumas das propriedades de um buraco negro. Como em estudos anteriores, a ideia é que os especialistas possam observar e estudar a radiação Hawking sem realmente ter que olhar para quaisquer buracos negros reais.

O princípio básico é relativamente simples. Os buracos negros são objetos que distorcem tanto o espaço-tempo que nem mesmo uma onda de luz consegue escapar. Troque o espaço-tempo por algum outro material (como a água) e faça-o fluir rápido o suficiente para que as ondas que surjam sejam lentas demais para escapar, e você terá um modelo bastante rudimentar.

Muitos exemplos também podem incluir um equivalente de ‘buraco branco’ – uma espécie de buraco negro invertido onde as ondas só podem escapar, mas não podem entrar.

Nesta mais nova tentativa de projetar um desses, os pesquisadores propõem o uso de um material com uma estrutura não encontrada na natureza, projetada para que as partículas dentro dele possam se mover mais rápido do que a luz que passa.

Uma ilustração do laser de buraco negro no circuito. Créditos: Katayama, Scientific Reports, 2021.

“O elemento metamaterial torna possível para a radiação Hawking viajar para frente e para trás entre os horizontes”, disse a física Haruna Katayama da Universidade de Hiroshima, no Japão.

O objetivo é amplificar a radiação Hawking o suficiente para que ela seja medida e, para isso, Katayama também está usando o chamado efeito Josephson – um fenômeno em que é criado um fluxo contínuo de corrente que não requer tensão.

Com o uso do metamaterial e o auxílio do efeito Josephson, essa proposta promete ir além das tentativas anteriores de teorizar como seria um laser de buraco negro, mesmo que a montagem de um ainda não tenha sido feita.

Tal circuito poderia potencialmente produzir o que é conhecido como sóliton, sugere a pesquisa – uma forma de onda localizada e autorreforçada que é capaz de manter sua velocidade e formato até que o sistema seja desligado por fatores externos.

“Ao contrário dos lasers de buraco negro propostos anteriormente, nossa versão tem uma cavidade de buraco negro/buraco branco formado dentro de um único sóliton, onde a radiação Hawking é emitida fora do sóliton para que possamos analisá-la”, disse Katayama.

Em última análise, o sistema permitiria que uma correlação quântica entre duas partículas – uma dentro e outra fora do horizonte de eventos – fosse medida matematicamente, sem ter que observá-las simultaneamente.

E é assim que se pensa que a radiação Hawking é produzida, como pares de partículas emaranhadas. Sua descoberta nos aproximaria de uma teoria unificada de tudo, unindo a mecânica quântica e a relatividade geral.

Os desafios permanecem para tornar esse laser de buraco negro uma realidade, mas se os cientistas forem capazes de configurá-lo corretamente, ele pode não apenas nos permitir observar a radiação Hawking – pode nos dar as ferramentas para controlá-la também, abrindo uma série de novos possibilidades.

“No futuro, gostaríamos de desenvolver este sistema para comunicação quântica entre espaços-tempos distintos usando radiação Hawking”, disse Katayama.

A pesquisa foi publicada na Scientific Reports.