Kara Delik Olay Ufku

Yeni teori, bir boşluğun karanlığında ışığı ‘algılar’.

Kara delikler, büyük miktarda yerçekimi olan uzay-zaman bölgeleridir. Bilim adamları başlangıçta, ışık da dahil olmak üzere bu büyük nesnelerin sınırlarından hiçbir şeyin kaçamayacağını düşündüler.

Albert Einstein’ın genel görelilik teorisi onların var olma olasılığını ortaya çıkardığından beri kara deliklerin kesin doğasına meydan okundu. En ünlü bulgulardan biri İngiliz fizikçi Stephen Hawking’in bazı parçacıkların aslında bir evrenin kenarında yayıldığı yönündeki tahminiydi. Kara delik.

Fizikçiler de vakumların işleyişini araştırdılar. 1970’lerin başında, Hawking ışığın bir kara deliğin çekim kuvvetinden nasıl kurtulabileceğini anlatırken, Kanadalı fizikçi William Unruh, yeterince hızlı ivmelenen bir fotodedektörün boşlukta ışığı “görebileceğini” öne sürdü.

Dartmouth’tan yeni araştırma, daha önce gözlemlenemez olduğu düşünülen ışığı üretmenin ve tespit etmenin bir yolunu detaylandırarak bu teorileri ilerletiyor.


“Burada gösterilen önerilen deneyde, nitrojen bazlı ışık detektörleri içeren posta pulu büyüklüğünde sentetik elmas bir zar, bir vakum oluşturan süper soğutulmuş bir metal kutuda asılı duruyor. Bağlı bir trambolin gibi davranan zar, fotonlar üreterek büyük oranlarda hızlandırılır. Kredi: LaDarius Dennison/Dartmouth College’dan Animasyon

Dartmouth’ta Eleanor ve A. Kelvin Smith Seçkin Fizik Profesörü ve çalışmanın kıdemli araştırmacısı Miles Blencowe, “Günlük anlamda, bulgular şaşırtıcı bir şekilde boş boşluktan ışık üretme yeteneğini gösteriyor” dedi. “Özünde yoktan bir şey ürettik; Bunun düşüncesi bile çok havalı.”

Klasik fizikte boşluk madde, ışık ve enerjinin yokluğu olarak düşünülür. Kuantum fiziğinde, boşluk o kadar boş değil, varlığa girip çıkan fotonlarla dolu. Ancak, böyle bir ışığı ölçmek neredeyse imkansızdır.

Einstein’ın genel görelilik kuramının bir parçası olan “eşdeğerlik ilkesi”, Hawking’in ışıyan kara deliklere ilişkin öngörüsü ile Unruh’un ışığı gören hızlandırıcı fotodedektörlere ilişkin öngörüsü arasında bir bağlantı kurar. Denklik, yerçekimi ve ivmenin temelde ayırt edilemez olduğunu söylüyor: Penceresiz, hızlanan bir asansördeki bir kişi, bunların yerçekimi mi yoksa bir eylemsizlik kuvveti mi yoksa her ikisi tarafından mı etkilendiğini belirleyemez.

Bu nedenle, kara delik yerçekimi bir boşlukta fotonlar yaratabiliyorsa, ivme de yapabilir.

Bilim zaten bir boşlukta ışığın gözlemlenmesinin mümkün olduğunu gösterirken, Dartmouth ekibi fotonları tespit etmenin pratik bir yolunu bulmak için yola çıktı.

Miles Blencowe ve Hui Wang

Dartmouth’tan Miles Blencowe, Eleanor ve A. Kelvin Smith Seçkin Fizik Profesörü ve doktora sonrası araştırmacı Hui Wang, araştırmacıların boşlukta ışık üretmesine ve tespit etmesine izin verebilecek bir deneyi tanımladılar. Kredi: Robert Gill/Dartmouth Koleji

Nature Research’te yayınlanan Dartmouth araştırma teorisi İletişim Fiziği, hızla hızlanan bir elmas membrandaki nitrojen bazlı kusurların tespiti yapabileceğini tahmin ediyor.

Önerilen deneyde, nitrojen bazlı ışık dedektörlerini içeren posta pulu büyüklüğünde sentetik bir elmas, bir vakum oluşturan süper soğutulmuş metal bir kutuda asılı duruyor. Bağlı bir trambolin gibi davranan zar, büyük oranlarda hızlanır.

Araştırma makalesi, boşluklu vakumdan elde edilen foton üretiminin toplu olarak arttırıldığını ve ölçülebilir olduğunu, vakum foton üretiminin dedektör sayısı bir değeri aştığında normal bir fazdan “gelişmiş bir süper radyan benzeri, ters çevrilmiş lazer fazına” bir faz geçişinden geçtiğini açıklıyor. kritik değer.

Dartmouth’ta yüksek lisans öğrencisiyken teorik makaleyi yazan doktora sonrası araştırmacı Hui Wang, “Elmas hareketi fotonlar üretir” dedi. “Özünde, tek yapmanız gereken, dolaşık fotonlar üretecek kadar şiddetli bir şekilde bir şeyi sallamak.”

Dartmouth makalesi, zarın ivmesini yükseltmek ve algılama hassasiyetini artırmak için birden fazla foton detektörü (elmas kusurları) kullanmayı araştırıyor. Elmasın salınması, deneyin yoğun hızlanma oranlarında kontrol edilebilir bir alanda gerçekleşmesine de izin verir.

Blencowe, “Çalışmamız, bir yerine çok sayıda hızlanan fotodedektör olduğunda ne olduğunu araştıran ilk çalışmadır” dedi. “Birçok hızlandırıcı dedektörün toplu etkisinin, onları tek tek ele almaktan daha büyük olduğu, vakumdan ışık oluşumu için kuantum ile geliştirilmiş bir amplifikasyon etkisi keşfettik.”

Ekip, tespit edilen fotonların çevredeki ortamdan ziyade vakumdan geldiğini doğrulamak için, teorinin, dış radyasyondan kaynaklanamayan kuantum mekaniğinin farklı bir özelliği olan “dolaşık ışığı” gözlemlediğini gösteriyor.

Hui, “Elmas tarafından tespit edilen fotonlar çiftler halinde üretilir” dedi. “Bu çift, dolaşmış foton üretimi, fotonların başka bir kaynaktan değil, vakumda üretildiğinin kanıtıdır.”

Işığı bir boşlukta gözlemleme önerisinin hemen uygulanabilirliği yoktur, ancak araştırma ekibi, diğer teorik araştırmalarda olduğu gibi topluma katkıda bulunan fiziksel güçlerin anlaşılmasına katkıda bulunmayı umuyor. Özellikle, çalışma, Hawking’in Einstein’ın eşdeğerlik ilkesinin merceğinden kara delikler yayma tahminine deneysel ışık tutmaya yardımcı olabilir.

Blencowe, “Bizim gibi teorisyenler olmanın sorumluluğunun ve sevincinin bir kısmı da fikirleri ortaya koymaktır” dedi. “Şimdiye kadar olağanüstü zor olan bir şeyi test etmek için bu deneyi yapmanın mümkün olduğunu göstermeye çalışıyoruz.”

Ekip tarafından üretilen teknik bir animasyon, deneyle fotonların oluşturulmasını tasvir ediyor. Algılanan ışık mikrodalga frekansında bulunur, bu nedenle insan gözü tarafından görülmez.

Referans: Hui Wang ve Miles Blencowe, 10 Haziran 2021, İletişim Fiziği.
DOI: 10.1038 / s42005-021-00622-3

Araştırma Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklendi.





#Hiç #Yoktan #Bir #Şey #Üreten #Akıllı #Fizik #Deneyi