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» » Creando el "horizonte de sucesos" de un agujero negro en el laboratorio

Hace unos treinta seis años, Stephen Hawking, el famoso físico teórico británico, predijo que los agujeros negros, de los que supuestamente ni la luz puede escapar, paradójicamente, emiten luz; y aunque nadie ha observado esta "radiación Hawking", un equipo de físicos puede haber creado ahora, un efecto muy parecido en el laboratorio. 

Los físicos dispararon pulsos de láser polarizados sobre un bloque de vidrio, creando distorsiones que emiten radiación de Hawking por ambos lados del bloque (recuadro). El láser se mueve creando la distorsión a través del vidrio y atrapando la luz en su borde de fuga, lo que forma un horizonte de sucesos artificial que emite radiación de Hawking (principal).
Crédito: Daniele Faccio.


Un agujero negro es, literalmente, un agujero en el espacio y el tiempo. Según la teoría de Einstein de la gravedad, masa y energía deforman espacio-tiempo. Esta deformación altera las vías de libre caída de los objetos, creando un efecto que conocemos como la gravedad. Un agujero negro provoca una deformación tal a su alrededor que esa área del espacio-tiempo se convierte en un embudo tan empinado que nada puede salir de nuevo, como sucede cuando una estrella masiva colapsa. Cualquier cosa que se aventure a menos de una cierta distancia del agujero negro cae hacia él, incluso los fotones que viajan a la velocidad de la luz se ven retenidos. Este punto de no retorno se define como el "horizonte de sucesos" de un agujero negro.

Sin embargo, los agujeros negros parece que no son completamente negros, tal como explicó Hawking en 1974. Gracias a la incertidumbre de la mecánica cuántica, los pares de fotones entrelazados (aquellos cuyas propiedades están vinculadas con las de otros) u otras partículas, pueden salir repentinamente del espacio vacío. En general, no hay tiempo suficiente como para que sea observado directamente; pero si un par se encuentra a ambos lados del horizonte de sucesos, entonces, un fotón puede estar cayendo dentro del agujero negro, mientras que el otro escapa, llevándose lejos la energía como radiación de Hawking. La radiación de Hawking de un agujero negro, sin embargo, sería tan débil como para resultar casi imperceptible.

No obstante, Franco Belgiorno, de la Universidad de Milán, y sus colegas, dicen que han visto algo como esto en los experimentos de radiación con un láser y un bloque de vidrio. La idea básica es que el horizonte de sucesos de un agujero negro es una línea que queda atrás cuando la luz es atrapada. Para generar algo similar, el equipo disparó intensos pulsos de luz láser dentro del vidrio. Dentro de este material, la luz se mueve más lenta que en el espacio vacío, y esa reducción de la velocidad se cuantifica como "índice de refracción". Sin embargo, el índice de refracción varía con la longitud de onda, así como con la intensidad de la luz. El resultado final es que, el borde de fuga del intenso pulso actúa como un horizonte de sucesos que atrapa la luz en un rango estrecho de longitudes de onda. Esta luz puede recuperarse al mover el pulso, pero una vez que se acerca, el incrementado índice de refracción se ralentiza y la atrapa detrás del pulso.

Igual que el auténtico horizonte de sucesos de un agujero negro, el horizonte artificial, creado por el pulso de luz, puede emitir radiación. Es importante saber que, el horizonte artificial sólo puede atrapar fotones de un cierto rango de longitudes de onda, así que sólo puede emitir radiación de Hawking dentro de ese rango. Al regular la intensidad de los pulsos láser, los físicos podrían controlar la velocidad de los pulsos moviéndose a través del cristal y, por tanto, las longitudes de onda de la radiación de Hawking emitida por el cristal. Tan fácil como quien gira el dial de una radio, el equipo ajusta el pulso, de modo que si el horizonte artificial no emite ninguna radiación de Hawking, su longitud de onda estaría entre 800 y 900 nanómetros, un rango que no pueden confundirse con otras fuentes, como la inducida por la fluorescencia del láser. Tal como informaron los investigadores en la revista Physical Review Letters, cuando observaron la luz exactamente en este rango, parecía que estaban observando por primera vez la radiación de Hawking.

"Son indicaciones muy fuertes" los experimentadores observaron una forma de radiación de Hawking, comenta el físico Ulf Leonhardt, de la Universidad de Saint Andrews, en el Reino Unido, cuyo trabajo teórico guió el experiemento de Belgiorno y sus colegas. Él mismo señala lo particularmente convincente que los experimentadores obtengan las longitudes de onda y la correcta polarización de la luz. Sin embargo, William Unruh, un teórico de la Universidad de British Columbia, Vancouver, reseña que aún tiene sus dudas. Las distorsiones en el vidrio cambian rápidamente, y aquello que puede producir una luz podría ser confundido perfectamente con la radiación de Hawking. En lugar de más experimentos, Unruh apuesta por un trabajo más teórico para comprender este experimento.

  • - Referencia: Science.org, por Nathan Collins, 12 de noviembre de 2010.
  • - Imagen: Crédito: Daniele Faccio.

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