Hunter
Akusztikus fekete lyukat alkottak
Mesterséges fekete lyukat hoztak létre izraeli kutatók, melynek különlegessége, hogy a fény helyett a hangot ejti foglyul. A kísérlet célja az elméleti Hawking-sugárzás tesztelése. A sugárzás, amit Stephen Hawking fizikus vázolt fel több mint 30 évvel ezelőtt, végeredményben a fekete lyukak elpárolgásához vezethet.
Az asztrofizikai fekete lyukak akkor jönnek létre, amikor az anyag olyan sűrűvé válik, hogy egy pontban összeomlik, ezt a pontot nevezik szingularitásnak. A fekete lyuk hatalmas gravitációja miatt - ugyancsak elméletileg - semmi nem képes kiszökni az esemény határon túlról, még a fény sem.
Jeff Steinhauer csapata a Haifai Technion-Israel Műszaki Egyetemen a hang számára fejlesztett ki egy "fekete lyukat". Ehhez először Bose-Einstein kondenzációt (BEC) hoztak létre, egy közel abszolút nulla fokra lehűtött atomfelhőt. A BEC az anyag egy kvantumállapota, amelyben atomok egy csoportja egyetlen atomként viselkedik. A kutatók valójában két rubídium 87-atomfelhőt hűtöttek le, melyeket egy parányi űr választ el egymástól. Ez utóbbi az egész kísérlet kulcsa, amit "sűrűség inverziónak" neveznek. A sűrűségi inverzió egy rendkívül alacsony sűrűségű területet hozott létre, ami lehetővé tette az atomoknak a két felhő közötti akadály nélküli áramlást másodpercenkénti 3 milliméteres sebességgel, ami a hangsebesség több mint négyszerese. Mivel az atomok a hang sebességénél gyorsabban mozognak a felhők között, így a kiszökni próbáló hanghullámok képtelenek tartani az iramot, valahogy úgy viselkedve, mint a gyors sodrású folyókban úszó halak. A hang gyakorlatilag fogságba esik egy áramlásszerű eseményhorizontban.
Jeff Steinhauer
A kondenzátumokkal valószínűleg korábban is létrehoztak már akusztikus fekete lyukakat, véli Eric Cornell, a Boulderi Colorado Egyetem Nobel-díjas tudósa, aki 2001-ben megosztva vehette át az elismerést a Bose-Einstein-kondenzáció előállításáért. Steinhauer új tanulmánya azonban az első dokumentált kísérlet, ami kifejezetten Hawking sugárzás előállítását célozza egy BEC-ben, hangsúlyozta Cornell. Az akusztikus fekete lyuk 8 milliszekundumig maradt fenn.
Essen szó azonban a már többször említett Hawking-sugárzásról is, melynek első észlelését eredményezheti az akusztikus fekete lyuk. A kvantummechanika kimondja, hogy egy részecskepár spontán előbukkanhat az üres térből. Ezek a párok, melyek egy részecskéből és egy antirészecskéből állnak, egyetlen röpke pillanatig létezhetnek, mielőtt kioltanák egymást, amivel rögtön el is tűnnek. Azonban az 1970-es években Hawking megalkotott egy elméletet, mely szerint, ha egy pár egy fekete lyuk pereme közelében jelenik meg, az egyik részecske beeshet a lyukba mielőtt a pár megsemmisülne, magára hagyva társát az eseményhorizonton kívül.
A szemlélő számára ez a részecske sugárzásként jelenik meg, létezésének bizonyítása pedig igazolná azt a tézist, hogy az anyag mégis képes kiszökni egy valódi fekete lyukból. Amennyiben a kilökődő anyag mennyisége nagyobb, mint a fekete lyukba beáramló tömeg, a fekete lyuk idővel elpárolog. Az akusztikus fekete lyukakban a Hawking-sugárzás részecskeszerű vibrációs energiacsomagok, vagyis fononok formájában jelenne meg. Ha sikerülne rátalálni a Hawking sugárzásra, az nagy áldás lenne a fizika számára. "Egyrészt Stephen Hawking Nobel-díjat kapna" - mondta Sean Carroll, a Caltech kozmológusa." Emellett pedig bebizonyítaná számunkra, hogy jó úton járunk."
Hawking elmélete ugyanis alapvető feltevéseket tesz a kvantummechanika működésére egy olyan térben, amit meghajlít a gravitáció. A mögötte megbúvó matematikával szokták kiszámítani, hogyan viselkedett az univerzum a felfúvódás, az ősrobbanást követő viharos sebességű tágulás időszakában. A hangokon keresztüli kutatás jóval könnyebb a csillagászati észlelésekkel történőnél, mivel egy átlagos fekete lyuk elpárolgását elfedik a nagyobb energiaforrású sugárzások, beleértve az ősrobbanásból visszamaradt kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást is.
A helyzet így sem különösebben egyszerű, a kutatóknak igen hosszú utat kell még bejárniuk, hogy akár az akusztikus fekete lyukaknál is észlelhessék a Hawking-sugárzást. Steinhauer csapata például úgy kalkulál, hogy a most létrehozottnál tízszer nagyobb sebességre kellene gyorsítani az atomokat ahhoz, hogy észlelhető Hawking-sugárzást hozzanak létre fononok formájában.
A szakértők mindenesetre fontos lépésnek tartják az izraeliek eredményeit, Cornell szerint a BEC folyamot kellene jóval simábbá tenni. "Amit eddig elértek, az a dolog könnyebbik része. A nehezebb rész mindezt olyan csendben elvégezni, hogy a legapróbb fluktuációt is észlelhessük az amúgy viharosan végbemenő folyamatokon felül" - taglalta a New Scientistnek adott interjújában Cornell, aki munkatársaival maga is neki fogott saját akusztikus eseményhorizontjuk előállításának.
Az asztrofizikai fekete lyukak akkor jönnek létre, amikor az anyag olyan sűrűvé válik, hogy egy pontban összeomlik, ezt a pontot nevezik szingularitásnak. A fekete lyuk hatalmas gravitációja miatt - ugyancsak elméletileg - semmi nem képes kiszökni az esemény határon túlról, még a fény sem.
Jeff Steinhauer csapata a Haifai Technion-Israel Műszaki Egyetemen a hang számára fejlesztett ki egy "fekete lyukat". Ehhez először Bose-Einstein kondenzációt (BEC) hoztak létre, egy közel abszolút nulla fokra lehűtött atomfelhőt. A BEC az anyag egy kvantumállapota, amelyben atomok egy csoportja egyetlen atomként viselkedik. A kutatók valójában két rubídium 87-atomfelhőt hűtöttek le, melyeket egy parányi űr választ el egymástól. Ez utóbbi az egész kísérlet kulcsa, amit "sűrűség inverziónak" neveznek. A sűrűségi inverzió egy rendkívül alacsony sűrűségű területet hozott létre, ami lehetővé tette az atomoknak a két felhő közötti akadály nélküli áramlást másodpercenkénti 3 milliméteres sebességgel, ami a hangsebesség több mint négyszerese. Mivel az atomok a hang sebességénél gyorsabban mozognak a felhők között, így a kiszökni próbáló hanghullámok képtelenek tartani az iramot, valahogy úgy viselkedve, mint a gyors sodrású folyókban úszó halak. A hang gyakorlatilag fogságba esik egy áramlásszerű eseményhorizontban.
Jeff Steinhauer
A kondenzátumokkal valószínűleg korábban is létrehoztak már akusztikus fekete lyukakat, véli Eric Cornell, a Boulderi Colorado Egyetem Nobel-díjas tudósa, aki 2001-ben megosztva vehette át az elismerést a Bose-Einstein-kondenzáció előállításáért. Steinhauer új tanulmánya azonban az első dokumentált kísérlet, ami kifejezetten Hawking sugárzás előállítását célozza egy BEC-ben, hangsúlyozta Cornell. Az akusztikus fekete lyuk 8 milliszekundumig maradt fenn.
Essen szó azonban a már többször említett Hawking-sugárzásról is, melynek első észlelését eredményezheti az akusztikus fekete lyuk. A kvantummechanika kimondja, hogy egy részecskepár spontán előbukkanhat az üres térből. Ezek a párok, melyek egy részecskéből és egy antirészecskéből állnak, egyetlen röpke pillanatig létezhetnek, mielőtt kioltanák egymást, amivel rögtön el is tűnnek. Azonban az 1970-es években Hawking megalkotott egy elméletet, mely szerint, ha egy pár egy fekete lyuk pereme közelében jelenik meg, az egyik részecske beeshet a lyukba mielőtt a pár megsemmisülne, magára hagyva társát az eseményhorizonton kívül.
A szemlélő számára ez a részecske sugárzásként jelenik meg, létezésének bizonyítása pedig igazolná azt a tézist, hogy az anyag mégis képes kiszökni egy valódi fekete lyukból. Amennyiben a kilökődő anyag mennyisége nagyobb, mint a fekete lyukba beáramló tömeg, a fekete lyuk idővel elpárolog. Az akusztikus fekete lyukakban a Hawking-sugárzás részecskeszerű vibrációs energiacsomagok, vagyis fononok formájában jelenne meg. Ha sikerülne rátalálni a Hawking sugárzásra, az nagy áldás lenne a fizika számára. "Egyrészt Stephen Hawking Nobel-díjat kapna" - mondta Sean Carroll, a Caltech kozmológusa." Emellett pedig bebizonyítaná számunkra, hogy jó úton járunk."
Hawking elmélete ugyanis alapvető feltevéseket tesz a kvantummechanika működésére egy olyan térben, amit meghajlít a gravitáció. A mögötte megbúvó matematikával szokták kiszámítani, hogyan viselkedett az univerzum a felfúvódás, az ősrobbanást követő viharos sebességű tágulás időszakában. A hangokon keresztüli kutatás jóval könnyebb a csillagászati észlelésekkel történőnél, mivel egy átlagos fekete lyuk elpárolgását elfedik a nagyobb energiaforrású sugárzások, beleértve az ősrobbanásból visszamaradt kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást is.A helyzet így sem különösebben egyszerű, a kutatóknak igen hosszú utat kell még bejárniuk, hogy akár az akusztikus fekete lyukaknál is észlelhessék a Hawking-sugárzást. Steinhauer csapata például úgy kalkulál, hogy a most létrehozottnál tízszer nagyobb sebességre kellene gyorsítani az atomokat ahhoz, hogy észlelhető Hawking-sugárzást hozzanak létre fononok formájában.
A szakértők mindenesetre fontos lépésnek tartják az izraeliek eredményeit, Cornell szerint a BEC folyamot kellene jóval simábbá tenni. "Amit eddig elértek, az a dolog könnyebbik része. A nehezebb rész mindezt olyan csendben elvégezni, hogy a legapróbb fluktuációt is észlelhessük az amúgy viharosan végbemenő folyamatokon felül" - taglalta a New Scientistnek adott interjújában Cornell, aki munkatársaival maga is neki fogott saját akusztikus eseményhorizontjuk előállításának.
