Balázs Richárd
Bizonyítást nyert a Hawking-sugárzás?
Kvantumrészecske kibocsátást észleltek egy fekete lyuk modellnél, ami az elméleti Hawking-sugárzás megfelelője lehet. Ez lehet az első alkalom, hogy egy laboratóriumi fekete lyuk ugyanúgy hozott létre Hawking-részecskéket, mint azt a valódi fekete lyukaktól várták.
A fekete lyukak rendkívüli sűrűségű anyagkoncentrációk, amik csillagok, vagy egyéb nagytömegű objektumok összeomlásából keletkeznek. Gravitációjuk olyan erős, hogy semmi, még a fény sem képes kiszökni az úgynevezett eseményhorizonton túlról - hangzik az általános megfogalmazás. Mindezek ellenére Stephen Hawking, a Cambridge Egyetem tudósa 1974-ben arra a következtetésre jutott, hogy igenis vannak kiáramló részecskéi, ezt nevezik Hawking-sugárzásnak.
Hawking mindezt a kvantumelméletre alapozta, ami szerint az űr vákuuma nem teljesen üres, részecskepárok, anyag és antianyag cikáznak benne. Normál esetben ezek a párok kioltják egymást és eltűnnek, azonban ha az egyik foglyul esik egy fekete lyuk eseményhorizontjában, a másiknak lehetősége adódik elszökni és észlelhetővé válik, mint Hawking-sugárzás. Egy valódi fekete lyuk esetében az így keletkező fénylés túl halvány, hogy észlelhessük, ezáltal megerősítést nyerjen Hawking feltételezése, ezért a fizikusok mesterséges fekete lyukakat építettek, melyek utánozzák az eseményhorizontot.
2010-ben a Milánói Egyetem csapata Francesco Belgiorno vezetésével elkészített egy fekete lyuk modellt, melynek horizontja egy száloptikás kábelben lézer impulzusokkal ejtett csapdába fotonokat. A csapat állítása szerint sikerült Hawking-sugárzást előállítaniuk, más kutatók azonban megkérdőjelezték a kísérlet fizikáját, mondván, az nem azonos a valódi fekete lyukakéval.
Egy kvantummechanikai folyadék képes lehet visszaadni az eseményhorizont pontos fizikáját, igaz sokkal kisebb méreteken. 2009-ben Jeff Steinhauer, a Haifában működő Technion-Israel Műszaki Egyetemen munkatársaival Bose-Einstein kondenzátumokkal (BEC), az anyag egy kvantumállapotával pontosan ilyen modellt készített. Az izraeli kutatók most azt állítják, modelljük pontosan azt a fajta Hawking-sugárzást hozta létre, amit a valódi fekete lyuktól vártak. "Ez azt mutatja, hogy Hawking elmélete működik, a fekete lyuk valóban termel Hawking-sugárzást" - mondta Steinhauer.
A csapat a kísérlethez egy lézerrel szűk csőbe zárta a BEC-et, majd egy másikkal a hangsebesség fölé gyorsította. Ez a gyors áramlás két horizontot hozott létre, egy "külsőt" azon a ponton, ahol az áramlás szuperszonikussá vált, valamint egy "belsőt", ahol újra lelassult. A Hawking hatás a horizontnál kialakuló kvantumzajból ered, magyarázta William Unruh, a kanadai Brit Kolumbia Egyetem fizikusa, egyike az elsőknek, akik felvetették a folyadék alapú fekete lyuk modelleket.
A horizontok hang-részecskepárokat, fononokat hoztak létre. Az egyik fonon elszökött, míg a másik foglyul esett. Egyetlen fonon önmagában túl gyenge, hogy észlelhető legyen, a fekete lyukban ragadt fononok azonban pattogni kezdenek a belső és külső horizontok között, egyre több „Hawking-fonon” létrejöttét gerjesztve, hasonlóan a lézer fényfelerősítő hatásához. "A Hawking-sugárzás exponenciálisan növekszik, önmagát erősíti. Ez lehetővé teszi az észlelését, mivel az amplitúdója növekszik" - mondta Steinhauer, aki reméli, a jövőben hatékonyabbá tudja tenni detektorait, hogy egyetlen horizont sugárzását is észleljék, melyből megállapítható lehet a fononpárok összefonódása, a valódi fekete lyukak egy másik feltételezett jellemvonása.
"A kutatás rendkívül meggyőző" - fejezte ki elismerését Daniele Faccio, a brit Heriot-Watt Egyetem tudósa, aki tagja volt a száloptika alapú fekete lyukat megépítő csapatnak. „Ez a munka igen magasra emeli a mércét és most már látjuk, úgy vélem kimondhatjuk, ez az első egyértelmű bizonyíték a kvantum-vákuumból eredő Hawking hatásokra”
Unruh jóval visszafogottabban fogalmaz. „Nem mondanám, hogy bizonyított az eset, de valószínűleg közelebb jár a valósághoz, mint eddig bármi” – mondta. „természetesen egyértelmű, hogy a fekete lyukak különböznek az áramló BEC-től, és azzal, hogy bemutatták a hatás kialakulását egy BEC-ben, nem bizonyítja, hogy a fekete lyukakban is kialakul. Összességében azonban növeli a bizalmam, hogy lehetséges. A matematika és az eredmények túlságosan hasonlók, hogy véletlenről beszéljünk”
A fekete lyukak rendkívüli sűrűségű anyagkoncentrációk, amik csillagok, vagy egyéb nagytömegű objektumok összeomlásából keletkeznek. Gravitációjuk olyan erős, hogy semmi, még a fény sem képes kiszökni az úgynevezett eseményhorizonton túlról - hangzik az általános megfogalmazás. Mindezek ellenére Stephen Hawking, a Cambridge Egyetem tudósa 1974-ben arra a következtetésre jutott, hogy igenis vannak kiáramló részecskéi, ezt nevezik Hawking-sugárzásnak.
Hawking mindezt a kvantumelméletre alapozta, ami szerint az űr vákuuma nem teljesen üres, részecskepárok, anyag és antianyag cikáznak benne. Normál esetben ezek a párok kioltják egymást és eltűnnek, azonban ha az egyik foglyul esik egy fekete lyuk eseményhorizontjában, a másiknak lehetősége adódik elszökni és észlelhetővé válik, mint Hawking-sugárzás. Egy valódi fekete lyuk esetében az így keletkező fénylés túl halvány, hogy észlelhessük, ezáltal megerősítést nyerjen Hawking feltételezése, ezért a fizikusok mesterséges fekete lyukakat építettek, melyek utánozzák az eseményhorizontot.
2010-ben a Milánói Egyetem csapata Francesco Belgiorno vezetésével elkészített egy fekete lyuk modellt, melynek horizontja egy száloptikás kábelben lézer impulzusokkal ejtett csapdába fotonokat. A csapat állítása szerint sikerült Hawking-sugárzást előállítaniuk, más kutatók azonban megkérdőjelezték a kísérlet fizikáját, mondván, az nem azonos a valódi fekete lyukakéval.
Egy kvantummechanikai folyadék képes lehet visszaadni az eseményhorizont pontos fizikáját, igaz sokkal kisebb méreteken. 2009-ben Jeff Steinhauer, a Haifában működő Technion-Israel Műszaki Egyetemen munkatársaival Bose-Einstein kondenzátumokkal (BEC), az anyag egy kvantumállapotával pontosan ilyen modellt készített. Az izraeli kutatók most azt állítják, modelljük pontosan azt a fajta Hawking-sugárzást hozta létre, amit a valódi fekete lyuktól vártak. "Ez azt mutatja, hogy Hawking elmélete működik, a fekete lyuk valóban termel Hawking-sugárzást" - mondta Steinhauer.
A csapat a kísérlethez egy lézerrel szűk csőbe zárta a BEC-et, majd egy másikkal a hangsebesség fölé gyorsította. Ez a gyors áramlás két horizontot hozott létre, egy "külsőt" azon a ponton, ahol az áramlás szuperszonikussá vált, valamint egy "belsőt", ahol újra lelassult. A Hawking hatás a horizontnál kialakuló kvantumzajból ered, magyarázta William Unruh, a kanadai Brit Kolumbia Egyetem fizikusa, egyike az elsőknek, akik felvetették a folyadék alapú fekete lyuk modelleket.
A horizontok hang-részecskepárokat, fononokat hoztak létre. Az egyik fonon elszökött, míg a másik foglyul esett. Egyetlen fonon önmagában túl gyenge, hogy észlelhető legyen, a fekete lyukban ragadt fononok azonban pattogni kezdenek a belső és külső horizontok között, egyre több „Hawking-fonon” létrejöttét gerjesztve, hasonlóan a lézer fényfelerősítő hatásához. "A Hawking-sugárzás exponenciálisan növekszik, önmagát erősíti. Ez lehetővé teszi az észlelését, mivel az amplitúdója növekszik" - mondta Steinhauer, aki reméli, a jövőben hatékonyabbá tudja tenni detektorait, hogy egyetlen horizont sugárzását is észleljék, melyből megállapítható lehet a fononpárok összefonódása, a valódi fekete lyukak egy másik feltételezett jellemvonása.
"A kutatás rendkívül meggyőző" - fejezte ki elismerését Daniele Faccio, a brit Heriot-Watt Egyetem tudósa, aki tagja volt a száloptika alapú fekete lyukat megépítő csapatnak. „Ez a munka igen magasra emeli a mércét és most már látjuk, úgy vélem kimondhatjuk, ez az első egyértelmű bizonyíték a kvantum-vákuumból eredő Hawking hatásokra”
Unruh jóval visszafogottabban fogalmaz. „Nem mondanám, hogy bizonyított az eset, de valószínűleg közelebb jár a valósághoz, mint eddig bármi” – mondta. „természetesen egyértelmű, hogy a fekete lyukak különböznek az áramló BEC-től, és azzal, hogy bemutatták a hatás kialakulását egy BEC-ben, nem bizonyítja, hogy a fekete lyukakban is kialakul. Összességében azonban növeli a bizalmam, hogy lehetséges. A matematika és az eredmények túlságosan hasonlók, hogy véletlenről beszéljünk”