Um análogo sintético de buraco negro poderia nos ajudar a entender melhor a misteriosa radiação de Hawking, que, teoricamente, é emitida por buracos negros reais.
A radiação de Hawking é uma teoria proposta pelo renomado físico Stephen Hawking em 1974, que sugere a emissão de partículas a partir do horizonte de eventos de um buraco negro devido a perturbações nas flutuações quânticas. Essa descoberta pode auxiliar na conciliação entre duas teorias atualmente incompatíveis usadas para descrever o universo: a relatividade geral e a mecânica quântica.
A relatividade geral, proposta por Albert Einstein, explica o comportamento da gravidade como um campo contínuo chamado espaço-tempo. Já a mecânica quântica estuda o comportamento de partículas subatômicas usando a matemática da probabilidade. Para que possamos ter uma teoria unificada da gravidade quântica, aplicável a todo o universo, é necessário que essas duas teorias possam coexistir de alguma forma.
Os buracos negros, objetos extremamente densos e massivos no universo, podem ser fundamentais para essa reconciliação. Eles possuem o horizonte de eventos, que é uma espécie de fronteira a partir da qual nada pode escapar, nem mesmo a luz. Em 1974, Hawking propôs que, devido a perturbações nas flutuações quânticas causadas pelo horizonte de eventos, ocorreria a emissão de um tipo de radiação semelhante à radiação térmica, chamada radiação de Hawking.
A radiação de Hawking ainda não pode ser detectada diretamente, pois é muito fraca. Entretanto, os cientistas podem investigar suas propriedades criando análogos de buracos negros em laboratório.
Em um estudo recente, liderado por Lotte Mertens da Universidade de Amsterdã, os pesquisadores utilizaram uma cadeia unidimensional de átomos como um caminho para elétrons “pularem” de uma posição para outra. Ajustando a facilidade com que os elétrons saltavam, os físicos conseguiram criar um efeito semelhante ao horizonte de eventos, interferindo com a natureza ondulatória dos elétrons.
Os cientistas observaram que o horizonte de eventos artificial gerou um aumento de temperatura, fazendo ele “brilhar”, o que estava de acordo com as expectativas teóricas de um sistema de buraco negro equivalente. Isso sugere que o emaranhamento de partículas que atravessam o horizonte de eventos pode ser crucial para gerar a radiação de Hawking.
A pesquisa também mostrou que a radiação de Hawking simulada era térmica apenas dentro de determinados intervalos e quando o espaço-tempo inicial era considerado “plano”. Isso indica que a radiação de Hawking pode ser térmica apenas em certas condições e quando há mudanças na curvatura do espaço-tempo devido à gravidade.
Embora as implicações para a gravidade quântica ainda sejam incertas, esse modelo fornece um meio de estudar a radiação de Hawking em um ambiente controlado, livre das complexidades da formação de um buraco negro.
A simplicidade desse modelo permite que ele seja utilizado em várias configurações experimentais, permitindo aos cientistas explorar aspectos fundamentais da mecânica quântica em conjunto com a gravidade e espaços-tempo curvos em diferentes contextos de matéria condensada.
Dessa forma, os pesquisadores podem avançar no entendimento das propriedades da radiação de Hawking e na busca pela reconciliação entre as teorias da relatividade geral e mecânica quântica, contribuindo para um melhor conhecimento do funcionamento do nosso universo.
A pesquisa foi publicada na Physical Review Research.
