La naturaleza exacta de los agujeros negros ha sido cuestionada desde que la teoría de la relatividad general de Albert Einstein planteó la posibilidad de su existencia.
El más famoso de estos descubrimientos fue la predicción del físico británico Stephen Hawking de que algunas partículas en realidad se emitían desde el borde de un agujero negro. Los físicos también han explorado cómo funciona el vacío.
A principios de la década de 1970, mientras Hawking describía cómo la luz podía escapar de la gravedad de un agujero negro, el físico canadiense William Unru propuso que un fotodetector acelerando lo suficientemente rápido podría “ver” la luz en el vacío. Un nuevo estudio de Dartmouth College avanza estas teorías al detallar una forma de generar y detectar luz que antes se pensaba que no era observable.
“En un sentido cotidiano, estos hallazgos parecen ser una demostración sorprendente de la capacidad de generar luz a partir de un vacío vacío”, dijo la profesora distinguida de física Eleanor y A. Kelvin-Smith en Dartmouth College, autora principal del estudio. dijo el investigador Miles Blencowe. “Esencialmente, creamos algo de la nada; es genial pensar en ello”.
En la física clásica, se considera que el vacío está libre de materia, luz y energía. En la física cuántica, el vacío se llena de fotones que oscilan. Sin embargo, esta luz es casi imposible de medir.
Una parte de la teoría general de la relatividad de Einstein, el “principio de equivalencia”, establece un vínculo entre las predicciones de Hawking de agujeros negros radiantes y las predicciones de Enlu de fotodetectores acelerados que ven la luz. El “principio de equivalencia” dice que la gravedad y la aceleración son fundamentalmente indistinguibles. Las personas en un ascensor acelerado sin ventanas no podrían determinar si la gravedad, las fuerzas de inercia o ambas actúan sobre ellas.
Entonces, si la gravedad de un agujero negro puede crear fotones en el vacío, también lo puede hacer la aceleración.
Ahora que la ciencia ha demostrado que es posible observar la luz en el vacío, el equipo de Dartmouth se dispuso a encontrar una forma práctica de detectar fotones.
La investigación en Dartmouth College predice teóricamente que se pueden detectar defectos basados en nitrógeno en películas de diamante que se aceleran rápidamente. En el experimento propuesto, diamantes sintéticos del tamaño de un sello postal que contienen fotodetectores a base de nitrógeno se suspenden en una caja de metal ultrafría que crea un vacío. La membrana actúa como un trampolín atado, acelerado a una velocidad tremenda.
El trabajo de investigación explica que la producción de fotones en el vacío de la cavidad resultante se mejora y se puede medir colectivamente, y cuando el número de detectores excede un valor crítico, la producción de fotones de vacío pasa por una fase de normal a “una hipersolar mejorada”. La fase de luminiscencia invertida “. transición de fase.
“El movimiento del diamante genera fotones”, dijo el investigador postdoctoral Hui Wang, quien escribió el artículo teórico como estudiante graduado en Dartmouth College. “Esencialmente, todo lo que necesitas hacer es sacudir algo con la suficiente violencia para crear fotones entrelazados”.
El artículo de Dartmouth investiga el uso de múltiples detectores de fotones (defectos de diamante) para amplificar la aceleración de la película y mejorar la sensibilidad de detección. Los diamantes oscilantes también permiten realizar experimentos con fuertes tasas de aceleración en un espacio controlado.
“Nuestro trabajo es el primero en explorar lo que sucede cuando hay muchos fotodetectores acelerados en lugar de uno solo”, dijo Blencowe. “Descubrimos efectos de amplificación mejorados cuánticamente que crean luz a partir del vacío, donde el efecto colectivo de muchos detectores acelerados es mayor que si se consideraran individualmente”.
Para confirmar que los fotones detectados provenían del vacío y no del entorno circundante, el equipo demostró que la teoría observa “luz entrelazada”, una característica distintiva de la mecánica cuántica que no puede originarse a partir de la radiación externa.
“Los fotones detectados por el diamante se producen en pares”, dijeron los investigadores. “La producción de tales fotones emparejados y entrelazados demuestra que los fotones se produjeron en el vacío y no de otras fuentes”.
La sugerencia de observar la luz en el vacío no tiene una aplicabilidad inmediata, pero el equipo espera que, al igual que otros estudios teóricos, contribuya a la sociedad al aumentar la comprensión de las fuerzas físicas. En particular, este trabajo puede contribuir a la ilustración experimental de las predicciones de Hawking sobre la radiación de los agujeros negros a través del principio de equivalencia de Einstein.
“Parte de la responsabilidad y la alegría de ser un teórico como nosotros es generar ideas”, dijo Blencowe. “Estamos tratando de demostrar que es factible hacer este experimento para probar algo que ha sido excepcionalmente difícil hasta ahora”.
Una animación técnica producida por el equipo describe cómo el experimento crea fotones. La luz detectada está en frecuencias de microondas, por lo que es invisible para el ojo humano.
