Introduzione

Gli scienziati hanno rivelato nuove intuizioni sul comportamento dei buchi neri con una ricerca che dimostra come un fenomeno chiamato backreaction può essere simulato.

Il team dell’Università di Nottingham ha utilizzato la loro simulazione di un buco nero, coinvolgendo un serbatoio d’acqua appositamente progettato, per questa ultima ricerca pubblicata su Physical Review Letters. Questo studio è il primo a dimostrare che l’evoluzione dei buchi neri derivante dai campi che li circondano può essere simulata in un esperimento di laboratorio.

Come il mulinello d’acqua

I ricercatori hanno utilizzato un simulatore di serbatoio d’acqua che consiste in un vortice di scarico, come quello che si forma quando si tira la spina della vasca da bagno. Questo simula un buco nero, poiché un’onda che si avvicina troppo allo scarico viene trascinata nel buco della spina, incapace di sfuggire. Sistemi come questi sono diventati sempre più popolari nell’ultimo decennio come mezzo per testare i fenomeni gravitazionali in un ambiente di laboratorio controllato. In particolare, la radiazione di Hawking è stata osservata in un esperimento analogo di buco nero che coinvolge l’ottica quantistica.

Usando questa tecnica i ricercatori hanno mostrato per la prima volta che quando le onde vengono inviate in un buco nero analogico, le proprietà del buco nero stesso possono cambiare in modo significativo. Il meccanismo alla base di questo effetto nel loro particolare esperimento ha una spiegazione straordinariamente semplice. Quando le onde si avvicinano allo scarico, spingono effettivamente più acqua giù per il foro del tappo, facendo diminuire la quantità totale di acqua contenuta nel serbatoio. Questo si traduce in un cambiamento nell’altezza dell’acqua, che nella simulazione corrisponde a un cambiamento nelle proprietà del buco nero.

Un comportamento così evidente

L’autore principale, il ricercatore post-dottorato Dr Sam Patrick della Scuola di Scienze Matematiche dell’Università di Nottingham spiega: “Per molto tempo, non era chiaro se la retroreazione avrebbe portato a qualsiasi cambiamento misurabile in sistemi analoghi in cui il flusso del fluido è guidato, per esempio, utilizzando una pompa dell’acqua. Abbiamo dimostrato che i buchi neri analogici, come le loro controparti gravitazionali, sono sistemi intrinsecamente retroreattivi. Abbiamo dimostrato che le onde che si muovono in una vasca da bagno drenante spingono l’acqua giù per il buco della spina, modificando significativamente la velocità di scarico e di conseguenza cambiando l’effettiva attrazione gravitazionale del buco nero analogico.

Ciò che ci ha davvero colpito è che la retroreazione è abbastanza grande da far scendere l’altezza dell’acqua nell’intero sistema, tanto da poterla vedere a occhio! Questo è stato davvero inaspettato. Il nostro studio apre la strada per sondare sperimentalmente le interazioni tra le onde e lo spazio tempo che attraversano. Per esempio, questo tipo di interazione sarà cruciale per studiare l’evaporazione dei buchi neri in laboratorio”.

La ricerca sui buchi neri all’Università di Nottingham ha recentemente ricevuto un finanziamento di 4,3 milioni di sterline per un progetto triennale che mira a fornire ulteriori approfondimenti sulla fisica dell’universo primordiale e sui buchi neri.

Il team di ricerca userà simulatori quantistici per simulare le condizioni estreme dell’universo primordiale e dei buchi neri. Il team di Nottingham utilizzerà un nuovo laboratorio statale per impostare un nuovo sistema optomeccanico ibrido superfluido per simulare i processi quantistici dei buchi neri in laboratorio.

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