La deuxième partie de ce PHYSICS WORLD vous proposera ma traduction complète car le sujet , quoique ardu et controversé est passionnant
Black-hole analogue works like a laser
Sound is amplified between two "event horizons" in a Bose–Einstein condensate
Un condensat de Bose-Einstein (BEC) d'atomes ultrafroids a été utilisé pour créer l’analogue de laboratoire de l'émission laser d'un trou noir. Le travail a été mené par Jeff Steinhauer au Technion en Israël, et pourrait aussi fournir des preuves solides de l'existence du "rayonnement de Hawking". Cependant, de multiples définitions de ce terme sont utilisés, et le type le plus révolutionnaire de la théorie n'a pas été observé.
Lorsque les concepts de trous noirs astronomiques ont d'abord été proposés, ils ont été présentés comme étant totalement sombres et sans relief. Cependant, en 1974, Stephen Hawking a montré que la théorie du champ quantique prédisait que des paires de photons étaient créés de chaque côté de l’ horizon des événements du trou noir - au point où même la lumière ne peut plus échapper à l'attraction gravitationnelle du trou noir. Le photon à l'intérieur de l'horizon porte ce qu’on qualifie "énergie négative" et tombe dans le trou . L'autre photon, qui transporte de « l'énergie positive « , lui, s’échappe. Par conséquent, les trous noirs devraient émettre un rayonnement.
Une telle proposition reste étonnante, explique James Anglin de l'Université de Kaiserslautern en Allemagne, car elle suggère que les trous noirs se comportent en fait comme des organismes noirs mais avec des températures bien définies. Hawking a également montré que, dans la géométrie d'espace-temps, les trous noirs peuvent être entièrement définis par trois propriétés. Ces deux résultats semblent indiquer que les principes fondateurs de la thermodynamique, dans laquelle la température est définie comme l'énergie moyenne répartie dans un grand nombre de degrés de liberté, auraient à être révisés. "Il était très difficile d'imaginer comment quelque chose qui n'avait que trois numéros à son nom pouvait avoir une température», explique Anglin. «C'était une question d’avoir à potentiellement redéfinir la thermodynamique en la mixant avec la relativité générale et avec la mécanique quantique – et donc tout le monde fut vraiment très excité !" Le hic, cependant, est que la «température» de tous les trous noirs connus s’avérerait inférieure à la température cosmique du fond micro-onde-, rendant ce rayonnement effectif indétectable.
Fluides en mouvement
En 1981, William Unruh de l'Université de la Colombie-Britannique a montré que les équations de prédiction du rayonnement de Hawking devraient également s'appliquer à des ondes sonores dans l'écoulement d’un fluide…Récemment , Jeff Steinhauer a utilisé un BEC pour simuler un trou noir avec ses deux horizons - l'horizon de l'événement principal et un deuxième «horizon interne». ce qui pourrait aussi se produire en cosmologie, si le trou noir est soit en rotation soit chargé électriquement . Les photons qui tombent dedans le trou noir seraient incapables de traverser l'horizon interne et ainsi reflèteraient l arrière de l'horizon des événements - bien que cela paraisse une suggestion controversée, car ils devraient voyager plus vite que la vitesse de la lumière pour le faire.
Et alors s il devient Impossible d'échapper à l'horizon des événements, les photons devraient rebondir entre les deux horizons, formant ainsi une sorte d’ onde stationnaire. Comme ils seraient rebondissant donc en va et-vient, leur énergie serait de plus en plus négative. Pour préserver l'énergie totale à la valeur zéro, l'énergie positive serait émise en dehors de l'horizon des événements sous la forme de lumière à une seule fréquence et une intensité de plus en plus forte , restituant en quelque sorte la formation d'un "laser de trou noir".
La simulation du scénario de ce Steinhauer repose sur le fait que pour les ondes de relativement grande longueur d'onde, la vitesse du son dans un CEB est inférieure à 1 mm s-1. Le son à des courtes longueurs d'onde, cependant, peut voyager plus vite que cette vitesse. Il limite les BEC - des atomes de rubidium refroidis- à une température bien en dessous de 1 K de sorte qu'ils se retrouvent tous dans le même état quantique - dans un long tube à l'aide d'un faisceau laser focalisé. Le CEB est alors autorisé à s'écouler dans une direction et la vitesse d'écoulement est contrôlée de telle sorte que, dans une région déterminée du tube, le produit de condensation se déplace plus vite que la vitesse locale du son, tandis que de chaque côté de cette région, la vitesse d'écoulement est subsonique .
Région supersonique
Dans la région supersonique, seules des ondes sonores de très courte longueur d'onde pourraient se propager à contre-couran t par la création de modes à énergie négative qui ne peuvent pas quitter la région supersonique. Ces modes rebondissent, créant un motif d'onde stationnaire dans le BEC qui augmente progressivement en amplitude. D'un côté de la zone supersonique, les ondes sonores de basse fréquence sont émises, et l'amplitude de celles-ci augmente progressivement. Selon Steinhauer, ces ondes sont analogues à la radiation produite à l'extérieur de l'horizon des événements d'un trou noir. Bien que le système ne constitue pas un véritable trou noir, l'expérience "montre que le mécanisme Hawking fonctionne ", explique Steinhaeuer. "Si le même mécanisme fonctionne dans un système, il devrait probablement travailler dans l'autre système aussi " dit-il.
Renaud Parentani, un expert sur les systèmes analogiques de trous noirs à l'Université de Paris-Sud, est impressionné. «Observer l'effet laser est un effet indirect - mais presque direct - de l’observation de l'effet Hawking," explique-t-il, "parce que ce dernier est nécessaire pour que l'effet laser ait lieu."
Cependant, le modèle de Steinhauer conduirait à une instabilité, à une explosion du trou noir, plutôt que celle de l’émission régulière du trou noir prédite par Hawking. Anglin a bon espoir que d'autres expériences puissent soit reproduire le rayonnement noir de corps de Hawking soit de fournir des renseignements importants sur la raison pour laquelle il ne peut pas être simulé. «En ce sens, c'est une des plus grandes avancées dans les études sur le -rayonnement Hawking qu'il ya eu depuis le début», dit-il.
La recherche est publiée dans Nature Physics.
à propos de l'auteur :
Tim Wogan est un écrivain de science basée au Royaume-Uni
MON COMMENTAIRE / Ni l’effet Hawkins ni l’effet Unruh n’ont été détectés depuis bientôt 40 ans ! I l parait qu’ il n’est pas nécessaire d’espérer pour entreprendre et de réussir pour persévérer , donc ne les enterrons pas trop vite ! je rappelle que l’effet Unruh trouve son explication dans les fluctuations du vide quantique ,mais contrairement à l'effet Casimir, les particules virtuelles ne se manifestent pas à cause d'une modification supposée du champ électromagnétique. Leur fréquence se décale suite au déplacement accéléré de l'observateur, selon un mécanisme proche de l'effet Doppler relativiste.
je vous encourage fortement à lire le forum en anglais ( 15 commentaires ) qui s’ « étripent joyeusement » sur l’existence de ces 2 effets , sur la réalité ou non de l’horizon des évènements et sur la pertinence de l’assimilation de cette manip à un effet laser …ETC….ETC…Cela d’ailleurs vous donnera une idée de la violence des forums scientifiques Anglo-Saxons !
J’estime quant à moi que « jouer « avec de les concepts de la thermodynamique sur les trous noirs était une entreprise pionnière et y mêler en outre les concepts de la théorie de l’information et la mécanique quantique devient un jeu de puzzle aventureux !
Jeu de briques
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Pacman
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