Учёные предполагают, что вблизи горизонта событий чёрной дыры — границы, за пределы которой ничто не может выйти, — происходят экзотические квантовые эффекты. Эти эффекты невозможно наблюдать с помощью современных астрономических детекторов, но их можно исследовать с помощью лабораторных аналогов горизонтов событий.
Теперь Максим Жаке из Лаборатории Кастлера-Брошеля во Франции и его коллеги продемонстрировали новый аналог, использующий квантовую жидкость света [1]. Эта платформа позволяет изучить поведение квантовых полей как вблизи чёрных дыр, так и в произвольно искривлённом пространстве-времени.
Экспериментальная установка
Исследователи направили лазерный луч на набор слоистых полупроводников, зажатых между двумя зеркалами. Фотоны луча взаимодействовали с электронно-дырочными связанными состояниями в полупроводниках, образуя гибридные свето-материальные квазичастицы, называемые поляритонами. Эти квазичастицы в совокупности вели себя как жидкость света, протекающая внутри полупроводников.
Манипулируя пространственным профилем луча, команда создала искусственный горизонт, где скорость потока переходила от дозвуковой к сверхзвуковой. Звуковые волны, естественным образом формирующиеся в этой жидкости, не могли выйти за пределы горизонта — аналогично горизонту событий чёрной дыры.
Результаты исследования
Для чёрной дыры считается, что квантовые флуктуации вблизи горизонта событий создают пары частиц, в которых одна частица имеет отрицательную энергию, а другая — положительную. Первая падает в чёрную дыру, а вторая излучается из неё, и этот процесс приводит к постепенной потере массы чёрной дырой.
Исследователи обнаружили, что их поляритонная жидкость имеет все необходимые компоненты для аналогичного эффекта, но уже со звуковыми волнами вместо частиц.
Источник:
Ryan Wilkinson — соответствующий редактор журнала Physics Magazine, базируется в Дареме, Великобритания.
[1] — ссылка на источник (не переведена, так как обычно ссылки не переводятся).
[Перевод выполнен с учётом принципов научной коммуникации и стилистической адаптации для научно-популярного текста.]