mai 21, 2022

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Les résultats des recherches des physiciens ouvrent une voie prometteuse pour confirmer l’origine quantique du rayonnement de Hawking

Les physiciens du LSU ont tiré parti des techniques de la théorie de l’information quantique pour révéler un mécanisme permettant d’amplifier ou de « stimuler » la production d’intrication dans l’effet Hawking de manière contrôlée. De plus, ces scientifiques proposent un protocole pour tester cette idée en laboratoire en utilisant des horizons d’événements artificiels. Ces résultats ont été publiés récemment dans Lettres d’examen physique« Aspects quantiques du rayonnement de Hawking stimulé dans une paire de trous noirs blancs analogiques », Ivan Agullo, Anthony J. Brady et Demetrius Kranas présentent ces idées et les appliquent à des systèmes optiques contenant un analogue d’un trou noir blanc.

Les trous noirs sont parmi les choses les plus déroutantes de notre monde, en grande partie parce que leur fonctionnement interne est caché derrière un voile complètement mystérieux – l’horizon des événements d’un trou noir.

En 1974, Stephen Hawking a ajouté plus de mystère au caractère des trous noirs en montrant qu’une fois les effets quantiques pris en compte, un trou noir n’est pas du tout noir, mais émet plutôt un rayonnement, comme s’il s’agissait d’un objet chaud, progressivement. Perte de masse dans le soi-disant « processus d’évaporation Hawking ». De plus, les calculs de Hawking ont montré que le rayonnement émis est mécaniquement intriqué avec les entrailles du trou noir lui-même. Cet enchevêtrement est la signature quantique de l’effet Hawking. Ce résultat étonnant est difficile, voire impossible, à tester sur des trous noirs astrophysiques, car le faible rayonnement de Hawking a été éclipsé par d’autres sources de rayonnement dans l’univers.

D’autre part, dans les années 1980, un article fondateur de William Unruh a établi que la production spontanée de particules de Hawking intriquées se produit dans tout système pouvant supporter un horizon des événements efficace. De tels systèmes relèvent généralement des « systèmes de gravité analogiques » et ont ouvert une fenêtre pour tester les idées de Hawking en laboratoire.

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Des enquêtes expérimentales sérieuses sur les systèmes gravitationnels analogiques – constitués de condensateurs Bose-Einstein, de fibres optiques non linéaires ou même d’eau courante – sont en cours depuis plus d’une décennie. Un rayonnement de Hawking stimulé et généré spontanément a récemment été observé sur plusieurs plates-formes, mais la mesure de l’intrication s’est avérée insaisissable en raison de son caractère faible et cassant.

« Nous montrons qu’en éclairant l’horizon, ou les horizons, avec des états quantiques sélectionnés de manière appropriée, on peut amplifier la production d’intrication dans le processus de Hawking de manière accordable », a déclaré le professeur agrégé Ivan Agulu. « A titre d’exemple, nous appliquons ces idées au cas tactile d’une paire de trous noirs blancs analogiques qui partagent un intérieur et sont produits dans un matériau optique non linéaire. »

« Beaucoup des outils d’information quantique utilisés dans cette recherche provenaient de mes recherches de troisième cycle avec le professeur Jonathan B Dowling », a déclaré Anthony Brady, titulaire d’un doctorat en 2021, chercheur postdoctoral à l’Université de l’Arizona. « John était charismatique, et il a introduit son charisme et son charisme dans sa science, ainsi que ses conseils. Il m’a encouragé à travailler sur des idées fantaisistes, telles que les trous noirs analogiques, et à voir si je pouvais incorporer des techniques de différents domaines de la physique – comme l’information quantique et la gravité analogique – afin de produire quelque chose de nouveau, ou de « mignon », comme il aime à le dire.

« Le processus de Hawking est l’un des phénomènes physiques les plus riches reliant des domaines de la physique apparemment sans rapport, de la théorie quantique à la thermodynamique et à la relativité », a déclaré Demetrius Kranas, étudiant diplômé à LSU. « Les trous noirs analogiques sont venus ajouter une saveur supplémentaire à l’effet, nous offrant, en même temps, une possibilité passionnante de le tester en laboratoire. Notre analyse numérique détaillée nous permet d’explorer de nouvelles fonctionnalités du processus de Hawking, nous aidant mieux comprendre les similitudes et les différences entre les trous noirs astrophysiques et analogiques ».

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Origine de l’histoire :

Matériaux Introduction de Université d’État de Louisiane. Remarque : Le contenu peut être modifié en fonction du style et de la longueur.