Los físicos de LSU han aprovechado las técnicas de la teoría de la información cuántica para revelar un mecanismo para amplificar o «estimular» la producción de entrelazamiento en el efecto Hawking de manera controlada. Además, estos científicos proponen un protocolo para probar esta idea en el laboratorio utilizando horizontes de eventos producidos artificialmente. Estos resultados han sido publicados recientemente en Cartas de revisión física«Aspectos cuánticos de la radiación de Hawking estimulada en un par analógico de agujeros blancos y negros», donde Ivan Agullo, Anthony J. Brady y Dimitrios Kranas presentan estas ideas y las aplican a sistemas ópticos que contienen el análogo de un par de agujeros blancos y negros.
Los agujeros negros son algunos de los objetos más desconcertantes de nuestro universo, en gran parte debido al hecho de que su funcionamiento interno está oculto detrás de un velo que oscurece por completo: el horizonte de sucesos del agujero negro.
En 1974, Stephen Hawking agregó más mística al carácter de los agujeros negros al mostrar que, una vez que se consideran los efectos cuánticos, un agujero negro no es realmente negro en absoluto sino que, en cambio, emite radiación, como si fuera un cuerpo caliente, gradualmente. perdiendo masa en el llamado «proceso de evaporación de Hawking». Además, los cálculos de Hawking mostraron que la radiación emitida está entrelazada mecánicamente cuánticamente con las entrañas del propio agujero negro. Este entrelazamiento es la firma cuántica del efecto Hawking. Este asombroso resultado es difícil, si no imposible, de probar en agujeros negros astrofísicos, ya que la débil radiación de Hawking es eclipsada por otras fuentes de radiación en el cosmos.
Por otro lado, en la década de 1980, un artículo seminal de William Unruh estableció que la producción espontánea de partículas de Hawking entrelazadas ocurre en cualquier sistema que pueda soportar un horizonte de eventos efectivo. Dichos sistemas generalmente caen bajo el paraguas de «sistemas de gravedad analógicos» y abrieron una ventana para probar las ideas de Hawking en el laboratorio.
Investigaciones experimentales serias sobre sistemas de gravedad analógicos, hechos de condensados de Bose-Einstein, fibras ópticas no lineales o incluso agua corriente, han estado en marcha durante más de una década. La radiación de Hawking estimulada y generada espontáneamente se ha observado recientemente en varias plataformas, pero la medición del enredo ha resultado difícil de alcanzar debido a su carácter débil y frágil.
«Demostramos que, al iluminar el horizonte, u horizontes, con estados cuánticos elegidos apropiadamente, uno puede amplificar la producción de entrelazamiento en el proceso de Hawking de una manera sintonizable», dijo el profesor asociado Ivan Agullo. «Como ejemplo, aplicamos estas ideas al caso concreto de un par de agujeros blancos y negros analógicos que comparten un interior y se producen dentro de un material óptico no lineal».
«Muchas de las herramientas de información cuántica utilizadas en esta investigación provienen de mi investigación de posgrado con el profesor Jonathan P. Dowling», dijo el alumno de doctorado de 2021 Anthony Brady, investigador postdoctoral en la Universidad de Arizona. «Jon era un personaje carismático y aportó su carisma y su falta de convencionalismo a su ciencia, además de su asesoramiento. Me animó a trabajar en ideas excéntricas, como agujeros negros analógicos, y a ver si podía fusionar técnicas de varios campos de la física. – como la información cuántica y la gravedad analógica – para producir algo novedoso, o ‘lindo’, como le gustaba decir».
«El proceso de Hawking es uno de los fenómenos físicos más ricos que conectan campos de la física aparentemente no relacionados desde la teoría cuántica hasta la termodinámica y la relatividad», dijo Dimitrios Kranas, estudiante graduado de LSU. «Los agujeros negros analógicos vinieron a agregar un sabor extra al efecto brindándonos, al mismo tiempo, la emocionante posibilidad de probarlo en el laboratorio. Nuestro análisis numérico detallado nos permite probar nuevas características del proceso de Hawking, ayudándonos a comprender mejor las similitudes y diferencias entre los agujeros negros astrofísicos y analógicos».
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Luisiana. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
