Las fuerzas fundamentales de la física gobiernan la materia que comprende el Universo, sin embargo, aún no se comprende completamente cómo estas fuerzas trabajan juntas. La existencia de la radiación de Hawking, la emisión de partículas de los agujeros negros cercanos, indica que la relatividad general y la mecánica cuánticadeben cooperar. Pero observar directamente la radiación de Hawking de un agujero negro es casi imposible debido al ruido de fondo del Universo, entonces, ¿cómo pueden los investigadores estudiarlo para comprender mejor cómo interactúan las fuerzas y cómo se integran en una "Teoría del Todo"?
Según Haruna Katayama, estudiante de doctorado en la Escuela de Graduados de Ciencias e Ingeniería Avanzadas de la Universidad de Hiroshima, dado que los investigadores no pueden ir a la radiación de Hawking, la radiación de Hawking debe ser llevada a los investigadores. Ella ha propuesto un circuito cuántico que actúa como unláser de agujero, que proporciona un equivalente de agujero negro de laboratorio con ventajas sobre las versiones propuestas anteriormente. La propuesta se publicó el 27 de septiembre Informes científicos .
"En este estudio, diseñamos una teoría de láser de circuito cuántico utilizando un agujero negro analógico y un agujero blanco como resonador", dijo Katayama.
Un agujero blanco es un socio teórico de un agujero negro que emite luz y materia en igual oposición a la luz y la materia que consume un agujero negro. En el circuito eléctrico propuesto, un metamaterial diseñado para permitir un movimiento más rápido que la luz se extiende por el espacioentre horizontes, cerca de los cuales se emite la radiación de Hawking.
"La propiedad de la velocidad superluminal es imposible en un medio normal establecido en un circuito ordinario", dijo Katayama. "El elemento metamaterial hace posible que la radiación de Hawking viaje hacia adelante y hacia atrás entre horizontes, y el efecto Josephson, que describeun flujo continuo de corriente que se propaga sin voltaje, juega un papel importante en la amplificación de la radiación de Hawking a través de la conversión de modo en los horizontes, imitando el comportamiento entre los agujeros blanco y negro ".
La propuesta de Katayama se basa en láseres ópticos de agujero negro propuestos anteriormente al introducir el metamaterial que permite la velocidad superluminal y explotar el efecto Josephson para amplificar la radiación de Hawking. El circuito cuántico resultante induce un solitón, una forma de onda localizada que se autorrefuerza y mantiene la velocidad.y dar forma hasta que factores externos colapsen el sistema.
"A diferencia de los láseres de agujero negro propuestos anteriormente, nuestra versión tiene una cavidad de agujero negro / agujero blanco formada dentro de un solo solitón, donde la radiación de Hawking se emite fuera del solitón para que podamos evaluarlo", dijo Katayama.
La radiación de Hawking se produce como pares de partículas entrelazadas, con una dentro y una fuera del horizonte. Según Katayama, la partícula entrelazada observable tiene la sombra de su partícula asociada. Como tal, la correlación cuántica entre las dos partículas se puede determinar matemáticamentesin la observación simultánea de ambas partículas.
"La detección de este entrelazamiento es indispensable para la confirmación de la radiación de Hawking", dijo Katayama.
Sin embargo, advirtió Katayama, la radiación de Hawking del laboratorio difiere de la radiación de Hawking del agujero negro verdadero debido a la dispersión normal de la luz en el sistema propuesto. Los componentes de la luz se dividen en una dirección, como en un arco iris. Si los componentes se pueden controlarpara que algunos puedan revertirse y recuperarse, la radiación de Hawking resultante fabricada en laboratorio reflejaría la misma frecuencia positiva de la radiación de Hawking del agujero negro verdadero. Ahora está investigando cómo integrar la dispersión anómala para lograr un resultado más comparable.
"En el futuro, nos gustaría desarrollar este sistema para la comunicación cuántica entre distintos espaciotiempos utilizando la radiación de Hawking", dijo Katayama, señalando la escalabilidad y controlabilidad del sistema como ventajas en el desarrollo de tecnologías cuánticas.
La Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia apoyó esta investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Hiroshima . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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