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Según Haruna Katayama, estudiante de doctorado de la Facultad de Ciencias Avanzadas e Ingeniería de la Universidad de Hiroshima, dado que los investigadores no pueden acudir a la radiación de Hawking, esta debe ser llevada a los investigadores. Ella ha propuesto un circuito cuántico que actúa como un láser de agujero negro, proporcionando un equivalente de agujero negro de laboratorio con ventajas sobre las versiones propuestas anteriormente. La propuesta se publicó el 27 de septiembre en Scientific Reports.
"En este estudio, ideamos una teoría de láser de circuito cuántico utilizando un agujero negro análogo y un agujero blanco como resonador", dijo Katayama.
Un agujero blanco es un compañero teórico de un agujero negro que emite luz y materia en igual oposición a la luz y la materia que consume un agujero negro. En el circuito eléctrico propuesto, un metamaterial diseñado para permitir el movimiento más rápido que la luz abarca el espacio entre los horizontes, cerca de los cuales se emite la radiación de Hawking.
"La propiedad de la velocidad superlumínica es imposible en un medio normal establecido en un circuito ordinario", dijo Katayama.
"El elemento metamaterial hace posible que la radiación Hawking viaje de un lado a otro entre los horizontes, y el efecto Josephson -que describe un flujo continuo de corriente que se propaga sin tensión- desempeña un papel importante en la amplificación de la radiación Hawking a través de la conversión de modos en los horizontes, imitando el comportamiento entre los agujeros blancos y negros".
La propuesta de Katayama se basa en los láseres de agujeros negros ópticos propuestos anteriormente, introduciendo el metamaterial que permite la velocidad superlumínica y explotando el efecto Josephson para amplificar la radiación Hawking. El circuito cuántico resultante induce un solitón, una forma de onda localizada y autorreforzada que mantiene la velocidad y la forma hasta que factores externos colapsan el sistema.
"A diferencia de los láseres de agujeros negros propuestos anteriormente, nuestra versión tiene una cavidad de agujero negro/agujero blanco formada dentro de un único solitón, donde la radiación Hawking se emite fuera del solitón para que podamos evaluarla", dijo Katayama.
La radiación Hawking se produce en forma de pares de partículas entrelazadas, una dentro y otra fuera del horizonte. Según Katayama, la partícula enlazada observable lleva la sombra de su partícula compañera. Así, la correlación cuántica entre las dos partículas puede determinarse matemáticamente sin la observación simultánea de ambas.
"La detección de este entrelazamiento es indispensable para la confirmación de la radiación de Hawking", dijo Katayama.
Sin embargo, advirtió Katayama, la radiación Hawking del laboratorio difiere de la verdadera radiación Hawking de los agujeros negros debido a la dispersión normal de la luz en el sistema propuesto. Los componentes de la luz se dividen en una dirección, como en un arco iris. Si los componentes pueden controlarse de modo que algunos puedan invertirse y rebotar, la radiación Hawking resultante hecha en el laboratorio reflejaría la misma frecuencia positiva de la radiación Hawking de un agujero negro verdadero.
"En el futuro, nos gustaría desarrollar este sistema para la comunicación cuántica entre distintos espacios-tiempo utilizando la radiación Hawking".
Fuentes, créditos y referencias:
Haruna Katayama. Quantum-circuit black hole lasers. Scientific Reports, 2021; 11 (1) DOI: 10.1038/s41598-021-98456-0
Imagen: Foto superior: En la actualidad se cree que muchas galaxias suelen tener un agujero negro en su centro, incluida la nuestra. NASA/JPL-Caltech