Lab-gegenereerd analoog van zwart gat onthult havikachtige gloed

In november 2022 voerde een onderzoeksteam van de Universiteit van Amsterdam een baanbrekend experiment uit:ze bootsten de waarnemingshorizon van een zwart gat na in een gecontroleerde laboratoriumomgeving en ontdekten een zwakke gloed die doet denken aan Hawking-straling. Het onderzoek, gepubliceerd in Physical Review Research onder de titel ‘Thermalisatie door een synthetische horizon’ laat zien dat de exotische fysica van een kosmische gebeurtenishorizon op aarde kan worden gesimuleerd.

Hoe de synthetische horizon werd gebouwd

Hoofdonderzoeker LotteMertens en collega's rangschikten een keten van atomen uit één bestand, waarbij ze de waarschijnlijkheid van elektronenhoppen daartussen nauwkeurig afstemden. Door deze tunnelsnelheid aan te passen, creëerden ze een scherpe overgang in de keten die fungeert als een gebeurtenishorizon – een grens waarboven excitaties niet kunnen ontsnappen. Toen een deel van de ketting over deze grens werd bewogen, observeerde het team een meetbare temperatuurpiek en, met name, een subtiele toename van de uitgezonden straling.

Het experiment verbinden met Hawking-straling

StephenHawkings voorspelling uit 1974 van deeltjesemissie aan de horizon van een zwart gat – nu Hawking-straling genoemd – komt voort uit kwantumveldfluctuaties nabij de waarnemingshorizon. In het Amsterdamse experiment produceerde de synthetische horizon een gloed die de thermische straling weerspiegelt die wordt verwacht van een echt zwart gat, wat tastbaar bewijs levert voor Hawkings theorie in een tafelopstelling.

Waarom dit belangrijk is voor de fundamentele natuurkunde

Zwarte gaten bevinden zich op het kruispunt van Einsteins algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica. Het observeren van Hawking-achtige straling in een laboratorium overbrugt de kloof tussen deze twee pijlers en biedt een nieuwe mogelijkheid om kwantumzwaartekrachtconcepten te testen en te zoeken naar een uniforme theorie van alles.

Hoewel het dichtstbijzijnde bekende zwarte gat, GaiaBH1, zo'n 1500 lichtjaar verwijderd is, en de allereerste afbeelding van een zwart gat pas in 2019 werd vastgelegd, laat dit experiment zien dat we de fysica van de gebeurtenishorizon kunnen bestuderen zonder ons in de diepe ruimte te wagen. Het opent de deur voor verdere experimentele tests van enkele van de meest diepgaande mysteries van het universum.

Fotocredit:ValentinaKalashnikova/Shutterstock; Afbeelding tegoed:NazariiNeshcherenskyi/Shutterstock