Un trou noir créé en laboratoire pourrait expliquer la théorie de Stephen Hawking

Un Trou Noir Créé En Laboratoire Pourrait Expliquer La Théorie

Un nouveau type d’analogue de trou noir développé en laboratoire par une équipe de chercheurs d’Amsterdam, aux Pays-Bas, apporte de nouvelles connaissances d’un rayonnement indescriptible théoriquement émis par les correspondants réels.

En utilisant une chaîne d’atomes à file unique pour simuler l’horizon des événements d’un trou noir, ils ont observé l’équivalent du phénomène connu sous le nom de rayonnement de Hawking – des particules nées de perturbations dans les fluctuations quantiques causées par la rupture du trou noir dans l’espace-temps.

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En 1974, le physicien Stephen Hawking a proposé que les interruptions des fluctuations quantiques causées par l’horizon des événements des trous noirs entraînent un type de rayonnement très similaire au thermique. Image : Phil de Birmingham – flickr

Selon les scientifiques, cela pourrait aider à résoudre la tension entre deux cadres actuellement inconciliables pour décrire l’univers : la théorie générale de la relativité, qui décrit le comportement de la gravité comme un champ continu appelé espace-temps ; et la mécanique quantique, qui décrit le comportement de particules discrètes en utilisant les mathématiques de la probabilité.

Pour une théorie unifiée de la gravité quantique qui peut être appliquée universellement, ces deux théories incompatibles doivent trouver un point d’accord.

Comme le souligne la recherche, publiée ce mois-ci dans le magazine Recherche d’examen physique, c’est là que les trous noirs entrent en jeu. Ces régions très massives sont si denses qu’à une certaine distance, aucun objet de l’univers n’a assez de vitesse pour échapper à leur appétit vorace. Même la vitesse de la lumière n’est pas assez forte.

Un trou noir cree en laboratoire pourrait expliquer la theorie
Simulation d’un trou noir déformé et en rotation. Crédits : Yukterez/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Cette distance, qui varie en fonction de la masse du trou noir, est ce qu’on appelle l’horizon des événements. Une fois qu’un objet franchit sa limite, nous ne pouvons que nous demander ce qui se passe, car rien ne revient avec des informations sur sa destination.

En 1974, le physicien Stephen Hawking a proposé que les interruptions des fluctuations quantiques causées par l’horizon des événements entraînent un type de rayonnement très similaire au rayonnement thermique. D’après le site Alerte scientifique, si le rayonnement de Hawking existe, il est encore trop faible pour être détecté. D’où l’importance de créer des modèles informatiques pour simuler et mesurer l’événement.

D’autres trous noirs ont déjà été développés dans des environnements de laboratoire, mais l’équipe dirigée par Lotte Mertens de l’Université d’Amsterdam a proposé quelque chose de nouveau. Une chaîne unidimensionnelle d’atomes servait de chemin aux électrons pour «sauter» d’une position à une autre. En ajustant la facilité avec laquelle ce saut peut se produire, les physiciens ont fait disparaître certaines propriétés, créant ainsi une sorte d’horizon des événements qui interférait avec la nature ondulatoire des électrons.

Selon les auteurs de l’étude, l’effet de ce faux horizon des événements a produit une augmentation de la température qui correspondait aux attentes théoriques d’un système équivalent de trous noirs, mais seulement lorsqu’une partie de la chaîne s’étendait au-delà de l’horizon des événements.

Cela pourrait signifier que l’enchevêtrement de particules traversant l’horizon des événements est essentiel pour générer un véritable rayonnement de Hawking.

Le rayonnement Hawking simulé n’était thermique que pour une certaine plage d’amplitudes de saut, et sous des simulations qui imitaient au départ un type d’espace-temps considéré comme « plat ». Cela suggère que le rayonnement de Hawking ne peut être que thermique dans une variété de situations et lorsqu’il y a un changement dans la déformation de l’espace-temps due à la gravité.

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Les implications de cela pour la gravité quantique ne sont pas claires, mais le modèle offre un moyen d’étudier l’émergence du rayonnement de Hawking dans un environnement qui n’est pas influencé par la dynamique sauvage de la formation des trous noirs.

Et parce que c’est si simple, il peut être mis en œuvre dans un large éventail de contextes expérimentaux, selon les chercheurs. « Cela pourrait ouvrir un lieu pour explorer les aspects fondamentaux de la mécanique quantique aux côtés de la gravité et des espaces-temps courbes dans diverses configurations de matière condensée. »

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