Agujero negro sónico

Análogo acústico de un agujero negro en el que el sonido juega el papel de la luz

Un agujero negro sónico , a veces llamado agujero tonto , es un fenómeno en el que los fonones (perturbaciones del sonido) no pueden escapar de una región de un fluido que fluye más rápidamente que la velocidad local del sonido . Se les llama agujeros negros sónicos o acústicos porque estos fonones atrapados son análogos a la luz en los agujeros negros astrofísicos (gravitacionales) . Los físicos están interesados ​​en ellos porque tienen muchas propiedades similares a los agujeros negros astrofísicos y, en particular, emiten una versión fonónica de la radiación de Hawking . ^{[1] [2]}El límite de un agujero negro sónico, en el que la velocidad del flujo cambia de ser mayor que la velocidad del sonido a menor que la velocidad del sonido, se denomina horizonte de sucesos .

En 2010 se utilizó un agujero negro sónico giratorio para realizar las primeras pruebas de laboratorio de superradiancia , un proceso mediante el cual se extrae energía de un agujero negro. ^[3]

Los agujeros negros sónicos son posibles porque los fonones en fluidos perfectos exhiben las mismas propiedades de movimiento que los campos, como la gravedad, en el espacio y el tiempo. ^[1] Por esta razón, un sistema en el que se puede crear un agujero negro sónico se llama análogo de la gravedad . Casi cualquier fluido puede usarse para crear un horizonte de eventos acústicos, pero la viscosidad de la mayoría de los fluidos crea un movimiento aleatorio ^{[ cita requerida ]} que hace que características como la radiación de Hawking sean casi imposibles de detectar. La complejidad de un sistema de este tipo haría muy difícil obtener conocimientos sobre tales características, incluso si pudieran detectarse. ^[4]Se han sugerido muchos fluidos casi perfectos para su uso en la creación de agujeros negros sónicos, como el helio superfluido , los gases Fermi degenerados unidimensionales y el condensado de Bose-Einstein . También se han propuesto análogos de la gravedad distintos de los fonones en un fluido, como la luz lenta y un sistema de iones, para estudiar los análogos de los agujeros negros. ^[5] El hecho de que tantos sistemas imiten la gravedad se utiliza a veces como evidencia de la teoría de la gravedad emergente , que podría ayudar a reconciliar la relatividad y la mecánica cuántica. ^[6]

William Unruh teorizó por primera vez que los agujeros negros acústicos fueran útiles en 1981. ^[7] Sin embargo, el primer análogo de agujero negro no se creó en un laboratorio hasta 2009. Se creó en un condensado de rubidio Bose-Einstein utilizando una técnica llamada inversión de densidad . Esta técnica crea un flujo al repeler el condensado con un potencial mínimo. Se midieron la gravedad de la superficie y la temperatura del agujero negro sónico, pero no se intentó detectar la radiación de Hawking. Sin embargo, los científicos que lo crearon predijeron que el experimento era adecuado para la detección y sugirieron un método mediante el cual podría realizarse mediante la emisión de los fonones. ^[8]En 2014, los mismos investigadores observaron la radiación de Hawking autoamplificada en un láser de agujero negro analógico. ^[2]

Ver también

• Gravedad cuántica
• Modelos analógicos de gravedad
• Calabozo
• Métrica acústica
• Agujero negro óptico

Notas

1. Visser, Matt (1998). "Agujeros negros acústicos: horizontes, ergosferas y radiación de Hawking". Gravedad clásica y cuántica . 15 (6): 1767-1791. arXiv : gr-qc / 9712010 . Código Bibliográfico : 1998CQGra..15.1767V . doi : 10.1088 / 0264-9381 / 15/6/024 . S2CID  5526480 .
2. Steinhauer, Jeff (2014). "Observación de la radiación de Hawking autoamplificadora en un láser de agujero negro analógico". Física de la naturaleza . 10 (11): 864–869. arXiv : 1409,6550 . Código Bibliográfico : 2014NatPh..10..864S . doi : 10.1038 / nphys3104 . S2CID 26867033 . 
3. Torres, Theo; Patrick, Sam; Coutant, Antonin; Richartz, Maurício; Tedford, Edmund W .; Weinfurtner, Silke (2017). "Dispersión superradiante rotacional en un flujo de vórtice" . Física de la naturaleza . 13 (9): 833–836. Código bibliográfico : 2017NatPh..13..833T . doi : 10.1038 / nphys4151 . S2CID 119209800 . 
4. Jannes, Gil (2009). "Gravedad emergente: el paradigma BEC" . arXiv : 0907.2839 . Código Bibliográfico : 2009PhDT ....... 109J .
5. Horstmann, Birger; Schützhold, Ralf; Reznik, Benni; Fagnocchi, Serena; Cirac, J. Ignacio (2011). "Radiación de Hawking en un anillo de iones en el régimen cuántico". Nueva Revista de Física . 13 (4): 045008. arXiv : 1008.3494 . Código Bibliográfico : 2011NJPh ... 13d5008H . doi : 10.1088 / 1367-2630 / 13/4/045008 .
6. Jannes, Gil (2009). "Gravedad emergente: el paradigma BEC" . arXiv : 0907.2839 . Código Bibliográfico : 2009PhDT ....... 109J . .
7. Unruh, WG (1981). "¿Evaporación experimental del agujero negro?". Cartas de revisión física . 46 (21): 1351-1353. Código Bibliográfico : 1981PhRvL..46.1351U . doi : 10.1103 / PhysRevLett.46.1351 .
8. Lahav, Oren; Itah, Amir; Blumkin, Alex; Gordon, Carmit; Rinott, Shahar; Zayats, Alona; Steinhauer, Jeff (2010). "Realización de un análogo de agujero negro sónico en un condensado de Bose-Einstein". Cartas de revisión física . 105 (24): 240401. arXiv : 0906.1337 . Código Bibliográfico : 2010PhRvL.105x0401L . doi : 10.1103 / PhysRevLett.105.240401 . PMID 21231510 . S2CID 45683876 .  

enlaces externos

• Bartusiak, Marcia (2010). "Top 100 historias de 2009 # 79: Sonic Black Hole creado en laboratorio" . Revista Discover (enero-febrero: número especial).
• Ford, Matt (22 de junio de 2007). "Ars Technica: una posible solución a la paradoja de la pérdida de información del agujero negro" .
• Barceló, Carlos; Liberati, Stefano; Visser, Matt (2005). "Gravedad analógica" . Reseñas vivientes en relatividad . 8 (1): 12. arXiv : gr-qc / 0505065 . Código Bibliográfico : 2005LRR ..... 8 ... 12B . doi : 10.12942 / lrr-2005-12 . PMC  5255570 . PMID  28179871 .