Pierwsza obserwacja promieniowania Hawkinga

Od jakiegoś czasu astronomowie skanują niebo w poszukiwaniu oznak promieniowania Hawkinga. Do tej pory wymyślili zilch.

Dziś wygląda na to, że zostali pobici przez grupę fizyków, którzy twierdzą, że stworzyli promieniowanie Hawkinga w swoim laboratorium. Ci faceci uważają, że mogą wytwarzać promieniowanie Hawkinga w powtarzalny, jednoznaczny sposób, ostatecznie potwierdzając przewidywania Hawkinga. Oto jak to zrobili.

Fizycy od dawna zdali sobie sprawę, że w najmniejszej skali przestrzeń jest wypełniona bulgoczącą mieszaniną cząstek pojawiających się i znikających z istnienia. Cząstki te tworzą pary cząstka-antycząstka i szybko anihilują, zwracając swoją energię do próżni.

Przewidywanie Hawkinga wynikało z myślenia o tym, co może się stać z parami cząstek, które tworzą się na krawędzi czarnej dziury. Zdał sobie sprawę, że jeśli jedna z par przekroczy horyzont zdarzeń, nigdy nie będzie mogła wrócić. Ale jego partner po drugiej stronie będzie mógł odejść.

Dla obserwatora wyglądałoby to tak, jakby czarna dziura wytwarzała stały strumień cząstek kwantowych, który stał się znany jako promieniowanie Hawkinga.

Od tego czasu inni fizycy wskazywali, że czarne dziury nie są jedynym miejscem, w którym mogą tworzyć się horyzonty zdarzeń. Każde medium, w którym przemieszczają się fale, może wspierać horyzont zdarzeń i teoretycznie powinno być również możliwe dostrzeżenie promieniowania Hawkinga w tych mediach.

Dziś Franco Belgiorno z Uniwersytetu w Mediolanie i kilku kumpli mówi, że wyprodukowali promieniowanie Hawkinga, wystrzeliwując intensywny impuls laserowy przez tak zwany materiał nieliniowy, czyli taki, w którym samo światło zmienia współczynnik załamania ośrodka.

Gdy impuls przechodzi przez materiał, zmienia się również współczynnik załamania światła, tworząc rodzaj fali łukowej, w której współczynnik załamania jest znacznie wyższy niż w otaczającym materiale.

Ten wzrost współczynnika załamania światła powoduje spowolnienie wpadającego do niego światła. Wybierając odpowiednie warunki, można zatrzymać fale świetlne, powiedzmy Belgiono i spółka. Tworzy to horyzont, poza który światło nie może przeniknąć, co fizycy nazywają horyzontem zdarzeń białej dziury, odwrotnością czarnej dziury.

Białe dziury nie różnią się tak bardzo od czarnych dziur (w rzeczywistości Hawking twierdzi, że są one formalnie równoważne). I nietrudno sobie wyobrazić, co dzieje się z parami cząstek, które tworzą się na tego typu horyzoncie. Jeśli jedna z par przekroczy horyzont, nie może zrobić żadnego postępu i zostaje uwięziona. Drugi jest wolny. Horyzont powinien więc wyglądać tak, jakby generował cząstki kwantowe.

To właśnie to promieniowanie Belgiorno i współpracownicy widzieli, obserwując z boku, jak impuls lasera na podczerwień o dużej mocy przebija się przez bryłę topionej krzemionki. Ich puls ma częstotliwość 1055 nm, ale światło, które widzą emitowane pod kątem prostym, ma długość fali około 850 nm.

Oczywiście głównym pytaniem jest, czy emitowane światło jest generowane przez jakiś inny mechanizm, taki jak promieniowanie Czerenkowa, rozpraszanie lub w szczególności fluorescencja, którą najtrudniej wykluczyć.

Jednak Belgiorno i przyjaciele twierdzą, że mogą wykluczyć wszystkie te źródła światła ze względu na promieniowanie, które widzą. W szczególności uważają, że światło fluorescencyjne jest dobrze scharakteryzowane i różni się w różny sposób od emisji, które widzą. Dlatego muszą widzieć promieniowanie Hawkinga, podsumowują.

To zdumiewające twierdzenie, które wielu fizyków będzie chciało przelać przed odkręceniem korków szampana.

Dlaczego to jest ważne? Jednym z powodów jest to, że promieniowanie Hawkinga jest jedynym znanym sposobem, w jaki czarne dziury mogą wyparowywać, a zatem dowód na jego istnienie będzie miał głęboki wpływ na kosmologię i sposób, w jaki zakończy się wszechświat.

A teraz, gdy już raz to zaobserwowano, spodziewaj się wysypu innych ogłoszeń, gdy naukowcy ścigają się, aby powtórzyć wynik.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1009.4634 : Promieniowanie Hawkinga z ultrakrótkich laserowych włókien impulsowych

ukryć