Des chercheurs de l'Université de St. Andrews, en Écosse, affirment avoir trouvé un moyen de simuler un horizon d'événements d'un trou noir - non pas grâce à une nouvelle technique d'observation cosmique, et non pas à l'aide d'un supercalculateur de grande puissance ... mais en laboratoire. En utilisant des lasers, une longueur de fibre optique et selon une mécanique quantique bizarre, une «singularité» peut être créée pour modifier la longueur d'onde d'un laser, synthétisant les effets d'un horizon d'événements. Si cette expérience peut produire un horizon d'événements, le phénomène théorique du rayonnement Hawking peut être testé, donnant peut-être à Stephen Hawking la meilleure chance à ce jour de remporter le prix Nobel.
Alors, comment créez-vous un trou noir? Dans le cosmos, des trous noirs sont créés par l'effondrement d'étoiles massives. La masse de l'étoile s'effondre en un seul point (après avoir manqué de carburant et subi une supernova) en raison des forces gravitationnelles massives agissant sur le corps. Si l'étoile dépasse une certaine «limite» de masse (c.-à-d. Limite de Chandrasekhar - un maximum auquel la masse d'une étoile ne peut pas soutenir sa structure contre la gravité), elle s'effondrera en un point discret (une singularité). L'espace-temps sera tellement déformé que toute l'énergie locale (matière et rayonnement) tombera dans la singularité. La distance de la singularité à laquelle même la lumière ne peut pas échapper à l'attraction gravitationnelle est connue sous le nom de horizon des événements. Les collisions de particules à haute énergie par des rayons cosmiques impactant la haute atmosphère pourraient produire des micro-trous noirs (MBH). Le Grand collisionneur de hadrons (au CERN, près de Genève, en Suisse) peut également être capable de produire des collisions suffisamment énergétiques pour créer des MBH. Fait intéressant, si le LHC peut produire des MBH, la théorie de Stephen Hawking sur le «rayonnement Hawking» pourrait être prouvée si les MBH créés s’évaporaient presque instantanément.
Hawking prédit que les trous noirs émettent des radiations. Cette théorie est paradoxale, car aucun rayonnement ne peut s'échapper de l'horizon des événements d'un trou noir. Cependant, Hawking théorise qu'en raison d'une bizarrerie dans la dynamique quantique, les trous noirs pouvez produire un rayonnement.
En termes très simples, l'Univers permet la création de particules dans le vide, «empruntant» l'énergie de leur environnement. Pour conserver l'équilibre énergétique, la particule et son anti-particule ne peuvent vivre que peu de temps, restituant très rapidement l'énergie empruntée en s'annihilant les unes avec les autres. Tant qu'ils apparaissent et disparaissent dans un délai quantique, ils sont considérés comme des «particules virtuelles». La création à l'anéantissement a une énergie nette nulle.
Cependant, la situation change si cette paire de particules est générée au niveau ou près d'un horizon d'événements d'un trou noir. Si l'une des paires virtuelles tombe dans le trou noir et que son partenaire est éjecté de l'horizon des événements, ils ne peuvent pas s'annihiler. Les deux particules virtuelles deviendront «réelles», permettant à la particule qui s'échappe de transporter l'énergie et la masse du trou noir (la particule piégée peut être considérée comme ayant une masse négative, réduisant ainsi la masse du trou noir). C'est ainsi que le rayonnement de Hawking prédit les trous noirs «s'évaporant», car la masse est perdue pour cette bizarrerie quantique à l'horizon des événements. Hawking prédit que les trous noirs s'évaporeront progressivement et disparaîtront, et cet effet sera plus important pour les petits trous noirs et les MBH.
Alors… revenons à notre laboratoire de St. Andrews…
Le professeur Ulf Leonhardt espère créer les conditions d'un horizon d'événement de trou noir en utilisant des impulsions laser, créant peut-être la première expérience directe pour tester le rayonnement Hawking. Leonhardt est un expert des «catastrophes quantiques», le point où la physique des vagues se décompose, créant une singularité. Lors de la récente réunion «La cosmologie rencontre la matière condensée» à Londres, l'équipe de Leonhardt a annoncé sa méthode pour simuler l'un des composants clés de l'environnement de l'horizon des événements.
La lumière parcourt les matériaux à différentes vitesses, en fonction de leurs propriétés ondulatoires. Le groupe de St. Andrews utilise deux faisceaux laser, un lent et un rapide. Tout d'abord, une impulsion à propagation lente est envoyée vers le bas de la fibre optique, suivie d'une impulsion plus rapide. L'impulsion plus rapide devrait «rattraper» l'impulsion plus lente. Cependant, lorsque l'impulsion lente traverse le milieu, elle modifie les propriétés optiques de la fibre, entraînant un ralentissement de l'impulsion rapide dans son sillage. C'est ce qui arrive à la lumière lorsqu'elle essaie de s'échapper de l'horizon des événements - elle est tellement ralentie qu'elle devient «piégée».
“Nous montrons par des calculs théoriques qu'un tel système est capable de sonder les effets quantiques des horizons, en particulier le rayonnement de Hawking. " - Extrait d'un article à paraître du groupe de St. Andrews.
Les effets que deux impulsions laser ont sur l'autre pour imiter la physique dans un horizon d'événements semblent étranges, mais cette nouvelle étude peut nous aider à comprendre si des MBH sont générés dans les LHC et peut pousser Stephen Hawking un peu plus vers un prix Nobel mérité.
Source: Telegraph.co.uk
