Después de todo, los agujeros negros finalmente no son tan negros como se creía. Al menos eso es lo que ha intentado demostrar un científico a partir de la simulación de estos majestuosos sumideros cósmicos.

Hace 40 años, el físico inglés Stephen Hawking predijo que los agujeros negros finalmente emiten radiación y son capaces  de evaporarse después de un cierto periodo de tiempo.

Después de siete años de un trabajo constante en solitario, Jeff Steinhauer, un físico experimental del Instituto de Tecnología de Israel en Halifa, ha creado un hoyo negro artificial que es capaz de emitir la llamada radiación de Hawking, a través de fluctuaciones cuánticas que emergen a partir del experimento que llevó a cabo.

Es prácticamente imposible observar la radiación de Hawking en un verdadero agujero negro, y experimentos previos con agujeros negros artificiales no han podido demostrar que éstas fluctuaciones cuánticas puedan existir, de tal suerte que el experimento que acaba de llevar a cabo Stenhauer sería el primero en su tipo en demostrar que esta radiación realmente existe (o no).

El autor del trabajo también sostiene que crear simulaciones de agujeros negros deben ayudar a resolver algunos de los dilemas que el fenómeno produce para otras teorías, como la llamada “paradoja de la información de los agujeros negros”; teoría que podría ayudar a unir la mecánica cuántica con una teoría sobre la gravedad.

Algunos físicos están impresionados por los nuevos resultados, aunque advierten que estos no son completamente claros. De hecho, algunos de ellos llegan a dudar de si creando agujeros negros en el laboratorio, estos pueden realmente simular a un agujero negro real. “Este experimento es realmente asombroso”, afirma Silke Weinfurtner, un físico teórico experimental de la Universidad de Nottingham en Inglaterra, quien señala también que “este experimento no prueba que la radiación de Hawking existe alrededor de agujeros negros”.

Fue a mediados de los años 70 que Hawking, un físico teórico de la Universidad de Cambridge, descubrió que el horizonte de sucesos de un agujero negro –una superficie donde nada, incluida la luz, puede escapar– tendría consecuencias tan peculiares para la física.

Su punto de partida fue que la aleatoriedad de la teoría cuántica descarta la existencia de verdadera nada. Aún la región más vacía del espacio está repleta de fluctuaciones en campos de energía, causando que pares de fotones aparezcan de forma continua, para luego destruirse mutuamente. Estos fotones virtuales podrían convertirse en verdaderas partículas si el horizonte de sucesos los separa antes de que se aniquilen el uno al otro. Uno de los fotones caería en el horizonte de sucesos y el otro escaparía en el espacio.

Esto, mostró Hawking, causa que los agujeros negros emitan radiación y finalmente entrarían en un proceso de contracción y, finalmente, desaparecerían, ya que la partícula que cae dentro del agujero tiene energía negativa que agota el agujero negro. Más controversial es el hecho de que Hawking sugiera que la desaparición de un agujero negro destruiría toda la información sobre objetos que caen dentro éstos, contradiciendo así la sabiduría popular que afirma que toda la información en el Universo permanece constante.

A principios de los años 80, el físico Bill Unurh de la Universidad de British Columbia en Vancuver, Canadá, propuso una manera de probar algunas de las predicciones de Hawking. Él imaginó un medio que experimentaba movimiento de aceleración, como el agua aproximándose a una caída o cascada. Como sucede con un nadador que llega a un punto donde él no puede nadar lo suficientemente rápido para escapar de la fuerza que produce la caída de agua en una cascada, las ondas de sonido que han pasado el punto en el que se supera la velocidad del sonido tampoco son capaces de moverse en contra de la corriente de agua. Unruh predijo que este punto es equivalente a un horizonte de eventos de un agujero negro, y esto debería de producir una forma de sonido de la radiación de Hawking.

Por otra parte, lo que hizo Jeff Steinhauer fue implementar la idea de Unruh en una nube de átomos de rubidio que congeló a una fracción de temperatura sobre el cero absoluto que es de -273 grados bajo cero. Contenida en una trampa con la forma de un cigarrillo de algunos milímetros de longitud, los átomos entraron en un estado cuántico llamado condensado Bose-Einstein (BEC), en donde la velocidad del sonido era solo de la mitad de un milímetro por segundo. Steinhauer creó un horizonte de sucesos acelerando los átomos hasta que algunos estuvieron viajando a más de 1mms-1: una velocidad supersónica para el condensado.

A esta temperatura ultra fría, el BEC sufre solo fluctuaciones cuánticas débiles que son similares a aquellas que se producen en el vacío del espacio. Y esto debe producir paquetes de sonido llamados “fonones”, algo parecido a lo que sucede cuando el vacío produce fotones (las partículas de la luz). Las partículas compañeras se deben de separar unas de otras, con un compañero del lado supersónico del horizonte y el otro formando la llamada radiación de Hawking.

En un lado de este evento de horizonte de sucesos, donde los átomos se mueven a velocidades supersónicas, los “fonones” quedan atrapados. Y cuando Steinhauer tomó fotografías del BEC, encontró correlaciones entre las densidades de los átomos que estaban a igual distancia del horizonte de sucesos pero en lados opuestos. Esto demostró que pares de fotones estaban entrelazados: un signo de que se originaron de forma espontánea de las mismas fluctuaciones cuánticas y que de esta manera el BEC produjo radiación de Hawking.

Por el contrario, la radiación que observó en una versión anterior del experimento debió de haber activado en lugar de emerger por si mismo del BEC, mientras que un experimento anterior en las ondas de agua dirigido por Unruh y Weinfurtner no intentó mostrar efectos cuánticos.

Así como los agujeros negros no son tan negros, los agujeros negros acústicos de Steinhauer no están completamente en silencio. Su sonido, si fuera posible escucharlo, podría asemejarse al ruido estático que podemos escuchar en una radio mal sintonizada.

Si los resultados de Stenhauer fueran confirmados, sería un triunfo para Hawking, quizá un descubrimiento de la misma importancia que el descubrimiento del Bosón de Higgs.

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Traducido y editado por Julio Moll. 

Referencia: http://www.nature.com/news/artificial-black-hole-creates-its-own-version-of-hawking-radiation-1.20430