Akustiskt svart hål skapat i Bose-Einstein-kondensat

En av de många märkliga egenskaperna hos Bose-Einstein Condensates (BEC) är att ljudflödet genom dem styrs av samma ekvationer som beskriver hur ljus böjs av ett gravitationsfält. Det skapar möjligheten till alla typer av nöjen och spel: i teorin kan fysiker reproducera med ljud och BEC oavsett hur tyngdkraften har med ljus.

Idag säger Oren Lahav och hans kamrater vid Israel Institute of Technology i Haifa att de har skapat den soniska motsvarigheten till ett svart hål i en BEC. Det är en prestation, med tanke på att fysiker har undrat över denna möjlighet i cirka 30 år, och olika grupper med förmågan att skapa BEC har tävlat om att skapa akustiska svarta hål.

Den allmänna idén är att skapa ett överljudsflöde av atomer inom BEC. Ljudvågor som rör sig mot detta flöde kan aldrig göra någon mark. Så området där flödet ändras från subljud till överljud är en händelsehorisont. Alla ljudvågor (eller fononer) som skapas i händelsehorisonten kan aldrig undkomma eftersom flödet där är överljud. Det är det svarta hålet.

Lahav och co sätter upp ett överljudsflöde genom att skapa en djup potentialbrunn mitt i en BEC som attraherar atomer. Atomerna strömmar in i den men kan inte ge upp sin energi när de anländer (de är redan i sitt lägsta energitillstånd), och så strömmar de över brunnen i överljudshastighet.

Resultatet är ett område inom BEC där atomerna rör sig med överljudshastighet. Detta är det svarta hålet: alla fononer som har otur nog att ta sig in i denna region kan inte fly.

En anledning till att svarta ljudhål är så högt uppskattade är att de borde producera Hawking-strålning. Kvantmekaniken förutspår att par av virtuella fononer med lika och motsatt momentum borde ständigt dyka in och ut ur existensen i BEC.

Om ett av detta par skulle korsa händelsehorisonten, skulle det sugas in i det svarta hålet, för att aldrig fly. Den andra skulle dock vara fri att gå sin väg. Denna ström av rymningar skulle vara den berömda, men ännu inte observerade, Hawking-strålningen.

Lahav och hans kompisar har inte kommit så långt än, men de har tagit ett viktigt steg mot att observera Hawking-strålning och har tydligt ögonen på detta mål.

Det råder ingen brist på konkurrens här, och skapandet av det första soniska svarta hålet kommer säkerligen att stimulera konkurrensen. Räkna med att se någon göra anspråk på den första observationen av Hawking-strålning snart.

Ref: arxiv.org/abs/0906.1337 : Ett soniskt svart hål i ett densitetsinverterat Bose-Einstein-kondensat

Dölj