В UCSB воспроизвели волновую динамику горизонта событий на ультрахолодных атомах лития и лазерных зеркалах
Колеблющийся лазерный барьер собрал волны материи лития-7 в узкий пакет, как предсказывают модели для горизонтов событий. Это лабораторный аналог, а не чёрная дыра.
Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) под руководством проф. Дэвида М. Уэлда воспроизвели в лаборатории поведение волн, которое модели предсказывают у горизонта событий чёрной дыры, сообщает scinexx. Они использовали ультрахолодные атомы лития-7, волны материи которых двигались туда и обратно между двумя барьерами из лазерного света. Когда один барьер колебался в нужном ритме, атомы собирались в узкий пакет scinexx.de
scinexxscinexx.deОткрыть источник ↗.
Зачем нужна аналоговая система
Условия на горизонте событий в космосе нельзя целенаправленно менять, поэтому экспериментально его изучать трудно. Часть лежащей в основе волновой динамики, однако, можно воспроизвести в других системах. В оптическом резонаторе свет идёт между двумя зеркалами. По теории, если одно зеркало колеблется в правильном ритме, энергия волны концентрируется в короткие интенсивные импульсы. С обычными зеркалами для этого нужно чрезвычайно большое ускорение, недостижимое в лаборатории.
Команда обошла это ограничение, взяв атомы, охлаждённые почти до абсолютного нуля. Лазерные барьеры работают для атомов как зеркала, не будучи массивными телами. Атомы находились в оптической решётке, которая придавала их волнам почти светоподобное распространение, но скорость была ниже одного метра в секунду. Поэтому хватило перемещать один световой барьер около 100 раз в секунду, чтобы имитировать резонатор с чрезвычайно быстрым приводом.
Что показали измерения
Без движущегося барьера волны материи распределялись по всему резонатору. При колебаниях барьера в резонансном ритме атомы за несколько циклов сжимались в узкий, периодически перемещающийся пакет. Независимо от начальных положений волны приближались к одной и той же устойчивой траектории и удалялись от второй, неустойчивой scinexx.de
scinexxscinexx.deОткрыть источник ↗. В теоретической модели неустойчивая траектория соответствует горизонту чёрной дыры, а устойчивая — горизонту гипотетической белой дыры.
При примерно удвоенной частоте колебаний образовались две сфокусированные волны материи вместо одной. Резкое изменение фазы колебаний поменяло устойчивую и неустойчивую траектории местами, и пакет изменил направление движения и приблизился к исходному состоянию.
Авторы подчёркивают пределы результата. Эксперимент не создаёт ни настоящую чёрную дыру, ни искривление пространства-времени; он подтверждает предсказанное движение волн в сильно управляемом резонаторе. Появились и дополнительные слабые траектории, которые упрощённая световая модель не описывает, поскольку волны материи движутся не с одинаковой скоростью во всех состояниях движения. Рождение частиц из квантового вакуума, как при динамическом эффекте Казимира, не обнаружено, а результат не является доказательством излучения Хокинга. По словам Уэлда, наблюдаемая динамика и возможность реализовать её на твердотельной платформе указывают на способы сжатия и разжатия оптических сигналов. Для этого сходные эффекты ещё нужно получить в подходящих технических материалах. Работа опубликована в Physical Review Letters (doi: 10.1103/44mq-jfp1).
