Kvantekredsløbsorte hullasere til at udforske Hawking-stråling

Fysikkens grundlæggende kræfter styrer stoffet, der omfatter universet, men præcis hvordan disse kræfter arbejder sammen er stadig ikke fuldt ud forstået. Eksistensen af ​​Hawking -stråling - partikelemissionen fra nær sorte huller - indikerer, at generel relativitet og kvantemekanik skal samarbejde. Men direkte observation af Hawking-stråling fra et sort hul er næsten umuligt på grund af universets baggrundsstøj, så hvordan kan forskere studere det for bedre at forstå, hvordan kræfterne interagerer og integreres i en "teori om alting?"

Ifølge Haruna Katayama, en ph.d.-studerende ved Hiroshima University's Graduate School of Advanced Science and Engineering, da forskere ikke kan observere Hawking-stråling, Hawking-stråling skal bringes til forskerne. Hun har foreslået et kvantekredsløb, der fungerer som en sort hul-laser, at give et lab-bord svarende til sort hul med fordele i forhold til tidligere foreslåede versioner. Forslaget blev offentliggjort den 27. september Videnskabelige rapporter .

"I dette studie, vi udtænkte en kvante-kredsløb laserteori ved hjælp af et analogt sort hul og et hvidt hul som en resonator, "Sagde Katayama.

Et hvidt hul er en teoretisk partner til et sort hul, der udsender lys og stof i lige opposition til lys og stof, som et sort hul forbruger. I det foreslåede elektriske kredsløb, et metamateriale konstrueret til at tillade hurtigere end lys bevægelse spænder over rummet mellem horisonter, i nærheden af ​​hvilken der udsendes Hawking-stråling.

"Egenskaben af ​​superluminal hastighed er umulig i et normalt medium etableret i et almindeligt kredsløb, " sagde Katayama. "Det metamateriale element gør det muligt for Hawking-stråling at rejse frem og tilbage mellem horisonter, og Josephson-effekten - som beskriver en kontinuerlig strøm af strøm, der forplanter sig uden spænding - spiller en vigtig rolle i at forstærke Hawking-strålingen gennem moduskonverteringen ved horisonterne, efterligner adfærden mellem de hvide og sorte huller."

Katayamas forslag bygger på tidligere foreslåede optiske sorte hul-lasere ved at introducere metamaterialet, der tillader superluminal hastighed og udnytte Josephson-effekten til at forstærke Hawking-strålingen. Det resulterende kvantekredsløb inducerer en soliton, en lokaliseret, selvforstærkende bølgeform, der opretholder hastighed og form, indtil eksterne faktorer kollapser systemet.

"I modsætning til tidligere foreslåede sorte hul-lasere, vores version har et sort hul/hvidt hul hulrum dannet i en enkelt soliton, hvor Hawking-stråling udsendes uden for solitonen, så vi kan evaluere det, " sagde Katayama.

Hawking-stråling produceres som sammenfiltrede partikelpar, med en inden for og en uden for horisonten. Ifølge Katayama, den observerbare sammenfiltrede partikel bærer skyggen af ​​sin partnerpartikel. Som sådan, kvantekorrelationen mellem de to partikler kan bestemmes matematisk uden samtidig observation af begge partikler.

"Detekteringen af ​​denne sammenfiltring er uundværlig for bekræftelsen af ​​Hawking-stråling, " sagde Katayama.

Imidlertid, Katayama advarede, laboratoriet Hawking-stråling adskiller sig fra ægte sort hul Hawking-stråling på grund af den normale spredning af lys i det foreslåede system. Lysets komponenter deler sig i en retning, som i en regnbue. Hvis komponenterne kan styres, så nogle kan vende og hoppe tilbage, den resulterende laboratoriefremstillede Hawking-stråling ville afspejle den samme positive frekvens af ægte sort hul Hawking-stråling. Hun undersøger nu, hvordan man kan integrere anomal spredning for at opnå et mere sammenligneligt resultat.

"I fremtiden, vi vil gerne udvikle dette system til kvantekommunikation mellem forskellige rumtider ved hjælp af Hawking-stråling, " Katayama sagde, bemærker systemets skalerbarhed og kontrollerbarhed som fordele ved udvikling af kvanteteknologier.