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Introduzione

Sulle pagine del Physical Review Letters sono stati pubblicati i risultati di uno studio fatto sui buchi neri dai quali è emerso un dato davvero importante: i buchi neri si comportano, talvolta, come i sistemi quantistici convenzionali. Lo studio è stato realizzato da un team dello Skolkovo Institute of Science and Technology, guidati dal professor Anatoly Dymarsky.

Il quesito

I buchi neri rappresentano uno dei più grandi misteri della fisica, un punto di “attrito” tra la meccanica quantistica e la teoria della relatività generale. Questo perchè, per la meccanica quantistica, i buchi neri dovrebbero comportarsi come altri ordinari sistemi quantistici. Tuttavia, ci sono molti modi in cui ciò è problematico dal punto di vista della teoria della relatività generale di Einstein

Pertanto, la questione della comprensione meccanica dei buchi neri rimane una fonte costante di paradossi fisici. L’attenta risoluzione di tali paradossi dovrebbe fornirci un indizio su come funziona la gravità quantistica. Ecco perché la fisica dei buchi neri è oggetto di ricerca attiva in fisica teorica.

Tra gli oggetti di ricerca della fisica moderna, ve ne è uno importante che si cerca di comprendere: come si “riscaldano” i buchi neri.

La ricerca

Un recente studio condotto da un gruppo di ricercatori dello Skolkovo Institute of Science and Technology, guidati dal professor Anatoly Dymarsky hanno studiato l’emergere di complessi termici generalizzati in sistemi quantistici con simmetrie aggiuntive. Ciò rivela che i buchi neri si riscaldano allo stesso modo della materia ordinaria. In pratica, secondo tale ricerca, i buchi neri non sono così diversi dalla materia ordinaria. Vale a dire, l’emergere dell’equilibrio può essere spiegato in termini dello stesso meccanismo del caso convenzionale. 

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Credit: Skolkovo Institute of Science and Technology

Uno studio analitico dei buchi neri è diventato possibile grazie agli strumenti teorici in rapido sviluppo della cosiddetta dualità olografica. Questa dualità associa alcuni tipi di sistemi quantistici convenzionali a casi particolari di sistemi a gravità quantistica. Sebbene sia necessario un lavoro aggiuntivo per estendere questa somiglianza con la dinamica della termalizzazione, questo lavoro fornisce un supporto aggiuntivo per lo studio di aspetti importanti dei buchi neri e della gravità quantistica in generale, i quali possono spiegati in termini di dinamica collettiva dei sistemi quantistici convenzionali a molti corpi (Many-body theory) .  

Il lavoro getta nuova luce su come i sistemi quantistici convenzionali a molti corpi si riscaldano. È ampiamente riconosciuto che i sistemi meccanici quantistici isolati possono essere accuratamente descritti dalla meccanica statistica dell’equilibrio. L’affermazione matematica precisa, che fornisce tale descrizione, è chiamata Eigenstate Thermalization Hypothesis (Ipotesi di termalizzazione di Eigenstate). Tuttavia, mancava una prova di questa ipotesi. Gli autori dell’articolo affermano di colmare parzialmente questo vuoto

Per quanto ne sappiamo, il nostro lavoro è la prima prova analitica dell’ipotesi di termizzazione di Eigenstate in sistemi spazialmente estesi, con tutti i precedenti lavori sull’argomento (con pochissime eccezioni). Crediamo che il concetto e la tecnica innovativa del nostro documento è di grande interesse“, spiega la professoressa Anatoly Dymarsky del Skoltech Center for Energy Science and Technology.

Ulteriori informazioni: 

Anatoly Dymarsky et al. Generalized Eigenstate Thermalization Hypothesis in 2D Conformal Field Theories, Physical Review Letters (2019). DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.111602