Hawking aveva ragione, si può "fuggire" da un buco nero

Se si dovesse spiegare con parole semplici semplificando al massimo si potrebbe dire che i buchi neri non sono un pozzo senza fondo. In realtà la questione è più complicata. E' stato rilevato per la prima volta un effetto previsto nel 1974 da Stephen Hawking, secondo cui i buchi neri possono emettere una debole radiazione elettromagnetica. L'esperimento che ha ottenuto lo storico risultato è stato effettuato con un modello acustico dei buchi neri. Ancora una volta il celebre fisico britannico aveva visto giusto.

I buchi neri emettono radiazione luminosa

Il buco nero è per definizione l'oggetto a cui nulla può sfuggire. Secondo le leggi della gravità, formalizzate nella teoria generale della relatività di Albert Einstein, tutto ciò che capita entro un certo raggio dal centro del buco nero, sia materia o radiazione luminosa, finisce per essere inghiottito dalla sua immensa forza attrattiva.

 

Nel 1974 tuttavia, in base ad alcune considerazioni di meccanica quantistica, il grande cosmologo Stephen Hawking teorizzò che i buchi neri non dovessero essere del tutto “neri”. In altre parole avrebbero dovuto emettere qualche tipo di radiazione luminosa, da allora nota come radiazione di Hawking, e con ciò perdere una piccola quantità di energia. Tutto questo, secondo l'equivalenza di massa ed energia stabilita dalla stessa teoria relativistica, equivale a perdere massa. In un tempo molto lungo, dunque, i buchi neri dovrebbero "evaporare".

Jeff Steinhauer, autore dello studio, con l'apparato sperimentale utilizzato (Credit: Nitzan Zohar)
Jeff Steinhauer, autore dello studio, con l'apparato sperimentale utilizzato (Credit: Nitzan Zohar)

Purtroppo la verifica di questo effetto è sempre rimasta oltre le possibilità sperimentali, perché la quantità di radiazione emessa è assai limitata. Per aggirare il problema, alcuni anni fu proposto di ricreare la fisica dei buchi neri in laboratorio usando onde acustiche come analogo delle onde luminose.

 

Uno dei sistemi fisici più adatti a creare le condizioni analoghe a quelle di un buco nero con onde acustiche è il condensato di Bose-Einstein. Si tratta di un sistema di atomi o altre particelle caratterizzate ciascuna da un valore intero o nullo di spin, una proprietà quantistica che possiamo immaginare come una rotazione attorno a un proprio asse. Grazie a questa caratteristica, quando questi atomi o particelle sono portati a temperature prossime allo zero assoluto, perdono le loro caratteristiche individuali e per un peculiare effetto della fisica quantistica iniziano a comportarsi come un tutt'uno.

 

Proprio questo sistema ha permesso ora la prima verifica sperimentale della radiazione di Hawking, ottenuta da Jeff Steinhauer del Technion-Israel Institute of Technology ad, Haifa, in Israele, in uno studio descritto su “Nature Physics”, che ha sfruttato atomi di rubidio.

 

Lo studio ha rilevato anche un effetto cruciale previsto dei calcoli di Hawking. La particella che sfugge dal buco nero è legata a un'altra particella che finisce dal buco nero: questa coppia è unita dall'entanglement, una correlazione che, secondo le leggi della meccanica quantistica, si può instaurare in opportune condizioni tra gli stati di due particelle.

In virtù dell'entanglement, una misurazione effettuata su una delle due particelle della coppia permette di conoscere il valore della stessa misurazione anche per l'altra particella entangled. Ciò avviene in modo istantaneo, a qualunque distanza si trovino tra loro le due particelle che formano la coppia. È questo il principio su cui si basano gli esperimenti che riguardano il cosiddetto teletrasporto quantistico.

 

Questo risultato dimostra che la radiazione di Hawking è un effetto squisitamente quantistico ed è in accordo con le simulazioni numeriche effettuate in altri studi.

Bibliografia e Risorse

+Le scienze  +Studio su Nature http://nature.com/articles/doi:10.1038/nphys3863

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