Međunarodni tim je u fotoničkom vlaknu stvorio analog crne rupe i detektovao Hawkingovu radijaciju pri ~233 nm, pri čemu je svetlost pokazala termalni spektar. Eksperiment je prvi put registrovao i povratnu reakciju — spektralnu asimetriju koja označava gubitak energije izvora. Rezultati pojednostavljuju mehanizam stvaranja radijacije (direktan proces umesto kaskade) i ukazuju da termalnost opstaje i u trans‑Planckovskom režimu.
Fizičari Napravili 'Crnu Rupu' Od Svetlosti i Detektovali Hawkingovu Radijaciju i Povratnu Reakciju
An illustration of particles whizzing away from a black hole. New research offers insights into Hawking radiation, the process by which select particles are able to escape a black hole's pull. . | Credit: coffeekai via Getty Images
Međunarodni tim fizičara uspešno je proizveo analogiju crne rupe u fotoničkom vlaknu i prvi put u laboratoriji detektovao ne samo termalni „sjaj“ koji je predvideo Stephen Hawking, već i njegovu povratnu reakciju — sitni potisak koji pokazuje da izvor gubi energiju.
Kako su to uradili?
Istraživači su poslali intenzivan, ultrakratak pump impuls kroz tanko fotoničko-krystalno vlakno — staklenu nit sa nizom finih vazdušnih kanala koja omogućava precizno upravljanje širenjem svetlosti. Dok je pump impuls prolazio, menjao je lokalna optička svojstva vlakna i stvorio pomični „udarac“ u efektivnoj brzini svetlosti. Slabiji probe impuls potom je naišao na taj pomični front; tamo gde probe nije mogao da održi korak, formirao se veštački horizont događaja, analogan onome kod prave crne rupe.
An infographic explaining how Hawking radiation works, contrary to the predictions of general relativity. | Credit: ALAIN BOMMENEL,VALENTINA BRESCHI,WILLIAM ICKES via Getty Images
Šta su videli?
Tim je u ultraljubičastom delu spektra detektovao fotone koji odgovaraju "partnerima" Hawkingove radijacije — pri talasnoj dužini oko 233 nm. Sama emitovana svetlost pokazala je termalni spektar sa definisanom temperaturom, tačno onako kako je sugerisao Hawkingov teorijski okvir.
„U Hawking‑Bekensteinovom efektu kvantna fizika, opšta relativnost i termodinamika se susreću“, rekao je koautor Ulf Leonhardt sa Weizmann Institute of Science.
Značaj povratne reakcije
Važan rezultat eksperimenta je otkrivanje povratne reakcije (back reaction): stvaranje radijacije pomerilo je mali deo energije iz pump impulsa u blago drugu boju, ostavljajući nesimetričan obrazac u spektru. Ta asimetrija je eksperimentalni otisak „odgurnuća“ — analog gubitka mase kod stvarne crne rupe usled evaporacije.
Physicist Stephen Hawking that black holes should be able to lose information through an elusive type of radiation. New research zooms in on the mechanism that makes it possible. | Credit: Bryan Bedder / Stringer via Getty Images
Jedan direktan proces, ne kaskada
Suprotno ranijim pretpostavkama da radijacija nastaje kroz složenu kaskadu konverzija, istraživači su pokazali da pump i probe impulsi mogu proizvesti Hawkingov par u jednom direktnom interakcijskom koraku. To pojednostavljuje fizički opis i može imati implikacije i za druge laboratorijske analoge, pa čak i za teorije o stvarnim crnim rupama.
Trans‑Planckovski problem i budući ciljevi
Eksperiment se takođe bavi trans‑Planckovskim problemom: izvor Hawkingove radijacije, ako ga pratimo unazad, deluje kao da potiče iz talasa manjeg od najmanje skale u prirodi, gde standardna fizika možda ne važi. U ovoj realizaciji, radijacija je ostala termalna čak i u tom „ekstremnom“ režimu, što daje novu eksperimentalnu potvrdu Hawkingove ideje.
Tim planira da pređe u kvantni režim: umesto klasične laserske svetlosti, cilj je proizvesti i detektovati prave kvantne efekte poput entanglementa između para Hawkingovih čestica — ključni pokazatelj dubljih kvantnih svojstava ovog fenomena.
Studija je objavljena 1. jula u časopisu Nature.
Pomozite nam da budemo bolji.
