Результаты исследования физиков открывают многообещающий способ подтверждения квантового происхождения излучения Хокинга

Черные дыры являются одними из самых загадочных вещей в нашем мире, во многом из-за того, что их внутренняя работа скрыта за совершенно загадочной завесой — горизонтом событий черной дыры.

В 1974 году Стивен Хокинг добавил больше загадочности к характеру черных дыр, показав, что если принять во внимание квантовые эффекты, черная дыра вовсе не черная, а вместо этого испускает излучение, как если бы это был горячий объект, постепенно. Потеря массы в так называемом «процессе испарения Хокинга». Более того, расчеты Хокинга показали, что испускаемое излучение механически запутано с недрами самой черной дыры. Эта запутанность является квантовой подписью эффекта Хокинга. Этот поразительный результат трудно, если вообще возможно, проверить на астрофизических черных дырах, потому что слабое излучение Хокинга затмевается другими источниками излучения во Вселенной.

С другой стороны, в 1980-х годах в основополагающей статье Уильяма Унру было установлено, что спонтанное образование запутанных частиц Хокинга происходит в любой системе, которая может поддерживать эффективный горизонт событий. Такие системы обычно подпадают под определение «аналоговых гравитационных систем» и открыли окно для проверки идей Хокинга в лаборатории.

Серьезные экспериментальные исследования аналоговых гравитационных систем, состоящих из конденсаторов Бозе-Эйнштейна, нелинейных оптических волокон или даже проточной воды, ведутся уже более десяти лет. Стимулированное и спонтанно генерируемое излучение Хокинга недавно наблюдалось на нескольких платформах, но измерение запутанности оказалось неуловимым из-за его слабого и хрупкого характера.

«Мы показываем, что, освещая горизонт или горизонты соответствующим образом выбранными квантовыми состояниями, можно настраиваемым образом усилить запутанность в процессе Хокинга», — сказал доцент Иван Агулу. «В качестве примера мы применим эти идеи к тактильному случаю пары аналоговых белых черных дыр, которые имеют общую внутреннюю часть и производятся внутри нелинейно-оптического материала».

«Многие из инструментов квантовой информации, использованных в этом исследовании, были взяты из моего аспирантского исследования с профессором Джонатаном Б. Доулингом», — сказал Энтони Брэди, доктор философии 2021 года, постдокторский исследователь в Университете Аризоны. «Джон был харизматичен, и он привнес свою харизму и обаяние в свою науку, а также свои советы. Он призвал меня работать над причудливыми идеями, такими как аналоговые черные дыры, и посмотреть, смогу ли я использовать методы из разных областей физики — таких как квантовая информация и аналоговая гравитация — для того, чтобы произвести что-то новое или «милое», как он любит говорить.

«Процесс Хокинга — одно из богатейших физических явлений, связывающих, казалось бы, несвязанные области физики, от квантовой теории до термодинамики и теории относительности, — сказал Деметриус Кранас, аспирант ЛГУ. «Аналоговые черные дыры появились, чтобы добавить эффекту дополнительную изюминку, предлагая нам в то же время захватывающую возможность протестировать его в лаборатории. Наш подробный численный анализ позволяет нам исследовать новые особенности процесса Хокинга, помогая нам лучше понять сходства и различия между астрофизическими и аналоговыми черными дырами».

Источник истории:

Материалы Представление о Университет штата Луизиана. Примечание. Контент может быть изменен в зависимости от стиля и длины.