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Akustisches Schwarzes Loch aus Bose-Einstein-Kondensat
Eine der vielen merkwürdigen Eigenschaften von Bose-Einstein-Kondensaten (BECs) besteht darin, dass der Schallfluss durch sie hindurch denselben Gleichungen unterliegt, die beschreiben, wie Licht durch ein Gravitationsfeld gebeugt wird. Das eröffnet die Möglichkeit von Spiel und Spaß aller Art: Theoretisch können Physiker mit Ton und BECs reproduzieren, was auch immer die Schwerkraft mit Licht macht.
Heute sagen Oren Lahav und seine Kollegen vom Israel Institute of Technology in Haifa, dass sie das akustische Äquivalent eines Schwarzen Lochs in einem BEC geschaffen haben. Das ist eine Errungenschaft, wenn man bedenkt, dass Physiker seit etwa 30 Jahren über diese Möglichkeit nachdenken und verschiedene Gruppen mit der Fähigkeit, BECs zu erzeugen, um die Schaffung akustischer Schwarzer Löcher rennen.
Die allgemeine Idee besteht darin, einen Überschallfluss von Atomen innerhalb des BEC aufzubauen. Schallwellen, die sich gegen diese Strömung bewegen, können niemals Boden bilden. Der Bereich, in dem die Strömung von Unterschall zu Überschall wechselt, ist also ein Ereignishorizont. Alle Schallwellen (oder Phononen), die innerhalb des Ereignishorizonts erzeugt werden, können niemals entkommen, da die Strömung dort Überschall ist. Das ist das Schwarze Loch.
Lahav und Co bauen einen Überschallfluss auf, indem sie eine tiefe Potentialquelle in der Mitte eines BEC schaffen, die Atome anzieht. Die Atome strömen hinein, können aber ihre Energie bei ihrer Ankunft nicht abgeben (sie befinden sich bereits in ihrem niedrigsten Energiezustand) und strömen mit Überschallgeschwindigkeit über den Brunnen.
Das Ergebnis ist eine Region innerhalb des BEC, in der sich die Atome mit Überschallgeschwindigkeit bewegen. Dies ist das Schwarze Loch: Jedes Phonon, das das Pech hat, in diese Region zu geraten, kann nicht entkommen.
Ein Grund, warum schwarze Schalllöcher so hoch geschätzt werden, ist, dass sie Hawking-Strahlung erzeugen sollten. Die Quantenmechanik sagt voraus, dass Paare virtueller Phononen mit gleichem und entgegengesetztem Impuls ständig in BECs entstehen und wieder verschwinden sollten.
Wenn eines dieser Paare den Ereignishorizont überqueren würde, würde es in das Schwarze Loch gesaugt, um niemals zu entkommen. Dem anderen aber steht es frei, seinen Weg zu gehen. Dieser Strom von Flüchtlingen wäre die berühmte, aber noch unbeobachtete Hawking-Strahlung.
Lahav und seine Kumpels sind noch nicht so weit, aber sie haben einen wichtigen Schritt zur Beobachtung der Hawking-Strahlung gemacht und haben dieses Ziel klar im Blick.
An Konkurrenz mangelt es hier nicht, und die Entstehung des ersten akustischen Schwarzen Lochs wird die Konkurrenz mit Sicherheit beflügeln. Erwarten Sie, dass bald jemand die erste Beobachtung der Hawking-Strahlung behauptet.
Ref: arxiv.org/abs/0906.1337 : Ein Sonic Black Hole in einem dichteinvertierten Bose-Einstein-Kondensat