Análogo de un agujero negro que atrapa el sonido

Jeff Steinhauer espera detectar la radiación de Hawking en el laboratorio

Físicos de Israel han creado un análogo de un agujero negro que puede atrapar el sonido de la misma forma que un agujero negro astrofísico puede atrapar la luz. El sistema, que consta de un “condensado Bose-Einstein de densidad invertida”, puede presentar una de las mejores oportunidades de detectar la esquiva radiación de Hawking.

En un sentido astrofísico, un agujero negro es una región del espacio tan densa que la gravedad que hay en su centro se aproxima al infinito. Alrededor de esta región está lo que se conoce como horizonte de eventos, más allá del cual nada — ni siquiera la luz — puede escapar.

Durante mucho tiempo, la idea de que los agujeros negros son totalmente negros llevó a los científicos a pensar que los objetos no podrían observarse directamente. Pero a principios de la década de 1970, Stephen Hawking, basándose en un trabajo de Jacob Bekenstein de la Universidad Hebrea de Jerusalén, demostró que este no tenía que ser necesariamente el caso. En los cálculos de Hawking se indicaba que si un par partícula-antipartícula aparece en el borde del horizonte de eventos, la que está más cerca del mismo cae a su interior mientras que la otra podría escapar. La suma de las partículas que escapan constituiría la radiación de Hawking, y podría revelar la presencia del agujero negro.

El problema es que la temperatura de la radiación de Hawking sería mucho más baja que la de la radiación de fondo del universo, y por tanto sería difícil descubrirla. Por esta razón, varios grupos de investigación han intentado crear análogos de los agujeros negros en el laboratorio, donde pueden incrementar artificialmente la temperatura. Sin embargo, hasta el momento ninguno de estos sistemas — que incluyen agua, fibra óptica y fluidos cuánticos – han arrojado radiación de Hawking que pueda ser detectada.

Dos potenciales

Jeff Steinhauer y sus colegas del Instituto Israel de Tecnología “Technion” en Haifa han ido tal vez un paso más allá con su agujero negro sónico. Su sistema consta de un condensado Bose–Einstein (BEC), o un conjunto de átomos fríos que se mueven coherentemente en el mismo estado cuántico.

El BEC contiene dos potenciales: un potencial armónico en forma de cráter, que se forma a través de campos magnéticos, y otro más profundo, un potencial “gaussiano” sobreimpuesto, que se forma con un rayo láser. Moviendo el potencial gaussiano de un lado a otro, los investigadores encontraron que los átomos caían y escalaban el potencial más rápido que el sonido del medio, o aproximadamente 1 mm/s.

Este viaje supersónico es clave para el éxito del sistema. Si una onda de sonido se acerca a los átomos en la misma dirección de su movimiento, nunca los alcanzará. En este ejemplo, los átomos en movimiento actúan como un “agujero blanco” sónico, en el cual no puede entrar ningún sonido. Inversamente, si una onda de sonido se aproxima desde el lado opuesto, alcanzará a los átomos pero nunca los abandonará, en cuyo caso los átomos actúan como un agujero negro sónico.

Las pruebas del grupo israelí para este efecto llegaron al cartografiar la densidad de las nubes atómicas en ambos lados del potencial. Aunque aún no tienen pruebas de la radiación de Hawking — que en este tipo de sistemas estaría constituida por paquetes de energía sonora o “fonones” — predicen que esté a una temperatura en la región de 0,3 nK. Steinhauer dijo a physicsworld.com que apenas un incremente de un orden de magnitud en esta temperatura debería ser suficiente para hacer visible la radiación de Hawking.

Buen sistema

Renaud Parentani, teórico de la Universidad Paris-Sud en Francia que estudia los análogos de los agujeros negros, cree que el experimento del grupo israelí marca “un nuevo paso” hacia ver la radiación de Hawking en un entorno de materia condensada. En particular, ha realizado cálculos para demostrar que este tipo de sistemas de fluidos cuánticos deberían sufrir menos dispersión – lo cual limita la producción de pares partícula-antipartícula en el horizonte de eventos — que otros sistemas que se han intentado recientemente, tales como la fibra óptica.

Parentani dice que si los investigadores pueden lograr un incremento de la temperatura de un orden de magnitud, sería más fácil detectar la radiación de Hawking. No obstante, señala — como hacen los propios investigadores — que aún pueden verlos sin tal incremento su los análogos de agujeros negros y blancos funcionan juntos para amplificar la señal. En esta teoría, que fue ideada por Steven Corely de la Universidad de Alberta en Canadá, y Ted Jacobson de la Universidad de Maryland en Estados Unidos en 1999, el sistema se comporta como un láser, por lo que la radiación de Hawking se hace más intensa de lo que implicaría sólo su temperatura.

La investigación se describe en detalle en arXiv: 0905.0777


Autor: Jon Cartwright
Fecha Original: 16 de junio de 2009
Enlace Original

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Comments (7)

  1. ¿Alguien sabe si se podría utilizar industrialmente esta tecnologia para reducir la contaminación acústica?

    • Debido a que se usa tecnología BEC, que trabaja a temperaturas muy cercanas al cero absoluto, parece muy poco probable que esté disponible una tecnología comercial similar en un medio plazo.

      Un saludo

  2. Turok

    Pues la llamada “Radiación de Hawking” que predice el juego de la mecánica cuantica, con su creación de pares “particula-antipartícula” con energía tomada a préstamo al vacio y que luego es reembolsada mediante tal Radiación de Hawking, es extremadamente débil.Así que es de suponer que los detectores que utilizan para “pescar” esa Radiación,deben ser extremadamente eficaces.Una cosa que me deja un poco extrañado es que esa onda de sonido que puede alcanzar el átomo(dada su trayectoria opuesta al mismo), no pueda abandonarlo luego.Esa onda de sonido debe tener una energía y por tanto podría excitar ese átomo..no sé yo si a traves de tal excitación no se podrian producir efectos perturbativos en el átomo que hicieran ineficaz tal análogo negro captador del sonido.Seguro que no es nada de eso.Si no tendría sentido este estudio..pero bueno una duda es una duda.

  3. Interesante que los israelitas crearan este analogo que son parecidos como agujero, saludos mando desde Peru Lima 07:30 pm

  4. [...] los extraños fenómenos de la relatividad general. Hemos revisado distintos intentos de recrear agujeros negros, el Big Bang e incluso [...]

  5. Despues de una investigació que duro más de nueve años sólo voy a decir que nunca crei ber algo tan hermoso cómo la contención magnetica en una distorción espacio – tiempo , el tiempo no existe saludos.

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