Imitan un agujero negro en un laboratorio para probar una teoría de Hawking

El análogo de agujero negro, descrito en Nature Physics, fue creado por la captura las ondas de sonido que utilizan un fluido muy frío. Tales objetos algún día podría ayudar a resolver la llamada 'paradoja de la información del agujero negro': la cuestión de si la información que cae en un agujero negro desaparece para siempre.

El físico Stephen Hawking sorprendió a los cosmólogos hace 40 años, cuando anunció que los agujeros negros no son totalmente negros, calculando que una pequeña cantidad de radiación sería capaz de escapar de la atracción del mismo. Esto plantea la cuestión de si la información absorbida podría también escapar, codificada dentro de la radiación.

La radiación de Hawking se basa en un principio básico de la teoría cuántica: grandes fluctuaciones en la energía pueden ocurrir durante breves instantes de tiempo. Eso significa que el vacío del espacio no está vacío, sino que es un hervidero con partículas y sus equivalentes de antimateria. Pares de partícula-antipartícula se crean continuamente y a continuación se aniquilan entre sí.

Pero algo especial ocurre cuando los pares de partículas emergen cerca del horizonte de sucesos: el límite entre un agujero negro, cuya gravedad es tan fuerte que deforma el espacio-tiempo, y el resto del Universo. El par partícula-antipartícula se separa, y el miembro de la pareja más cercano del horizonte de sucesos cae en el agujero negro, mientras que el otro se escapa.

Simulación de ondas sonoras

La radiación de Hawking, el resultado de los intentos de combinar la teoría cuántica con la relatividad general, se compone de estas partículas que escapan, pero los físicos todavía no han detectado qué se emite desde un agujero negro astrofísico. Otra manera de probar la teoría de Hawking sería simular un horizonte de sucesos en el laboratorio.

Con este fin, Jeff Steinhauer, un físico del Instituto Technion-Israel de Tecnología en Haifa, utiliza una colección de átomos de rubidio enfriados a menos de una mil millonésima de grado por encima del cero absoluto. A estas temperaturas, los átomos están más apretados y se comportan como un solo objeto cuántico fluido, y así pueden ser fácilmente manipulados. La temperatura fría también se asegura de que el fluido, conocido como un condensado de Bose-Einstein, proporciona un medio silencioso para el paso de las ondas sonoras que surgen de las fluctuaciones cuánticas.

Con el uso de luz láser, Steinhauer manipuló que el fluido fluya más rápido que la velocidad del sonido. Al igual que un nadador luchando contra una fuerte corriente, las ondas de sonido que viajan en sentido contrario al del fluido son 'atrapadas'. Así, el condensado se convierte en un sustituto para el horizonte de sucesos de gravedad.

Los pares de ondas de sonido se producen en un vacío de laboratorio, imitando pares partícula-antipartícula en el vacío del espacio. Aquellos que se sitúan a medio camino de este horizonte de sucesos sónico se convierten en el equivalente de la radiación de Hawking. Para amplificar estas ondas de sonido suficiente para que sus detectores los recojan, Steinhauer estableció un segundo horizonte de sucesos sonoro dentro del primero, el ajuste del fluido, de modo que las ondas sonoras no podían pasar este segundo horizonte de sucesos, y eran recuperadas. A medida que las ondas sonoras golpean repetidamente el horizonte exterior, crean más pares de ondas de sonido, amplificando la radiación de Hawking a niveles detectables.

En cualquier caso, la amplificación en el modelo de Steinhauer le permite detectar una sola frecuencia de la radiación, por lo que no puede estar seguro de que tiene la intensidad pronosticada por Hawking a diferentes frecuencias que tendría la verdadera radiación de Hawking.

Steinhauer ahora está trabajando para desarrollar la tecnología para estudiar su agujero negro artificial sin necesidad de amplificar la radiación sónica. Esto podría permitir que use su 'radiación Hawking' para explorar la paradoja de la información.