La radiazione di Hawking osservata in laboratorio

A 40 anni dalla prima dimostrazione teorica dell’esistenza della radiazione di Hawking, oggi un esperimento israeliano sarebbe finalmente riuscito ad osservare “dal vivo” questo misterioso fenomeno fisico. Per farlo, i ricercatori del Technion-Israel Institute of Technology di Haifa hanno riprodotto in laboratorio un “buco nero acustico”, ovvero un modello in miniatura che esibisce le stesse caratteristiche fisiche di un buco nero, ma in cui le onde sonore prendono il posto della luce. Dopo cinque anni di analisi, i risultati del loro studio, pubblicati su Nature Physics, dimostrerebbero infatti che il buco nero acustico emette radiazioni analoghe a quelle postulate da Hawking nel 1974.

In linea di massima tutti sappiamo cos’è un buco nero, ovvero un corpo celeste con una massa talmente densa che nulla può sfuggire al suo campo gravitazionale. Nulla dicevamo, a parte la radiazione di Hawking: un flusso di particelle che si originano a coppie (una particella e una anti-particella) al confine del cosiddetto orizzonte degli eventi (il punto di non ritorno oltre il quale nulla può scappare all’attrazione del buco nero), di cui una verrebbe catturata dal buco nero, mentre l’altra riuscirebbe a sfuggire alla sua attrazione gravitazionale.

Si tratta ovviamente di un fenomeno fisico estremamente complesso, che venne postulato da Hawking come conseguenza dell’interazione tra alcuni principi della fisica quantistica e la quelli della relatività generale di Einstein. Quello che ci interessa comunque è che stando ai suoi calcoli i buchi neri dovrebbero emettere una debole “radiazione termica”, un flusso di particelle di cui fino ad oggi nessuno è riuscito però a confermare l’esistenza sperimentalmente.

Per cercare di replicare il fenomeno in laboratorio, i ricercatori israeliani avevano bisogno per prima cosa di un buco nero. Non potendone creare uno autentico, hanno optato per un modello che ne ricrea le caratteristiche utilizzando le onde sonore, o meglio i fononi, che per le onde sonore sono l’equivalente quantistico di quello che sono i fotoni per le radiazioni luminose. Il modello da loro realizzato sfrutta un condensato di Bose-Einstein, ovvero un gruppo di atomi che a temperature prossime allo zero esibisce particolari effetti quantistici su scala macroscopica, e che accelerato grazie ad un raggio laser fino a superare la velocità del suono produce due orizzonti degli eventi, punti oltre cui le vibrazioni sonore non riescono ad uscire.

Studiando questo modello per cinque anni, i ricercatori sono riusciti quindi ad osservare quello che speravano: ovvero una coppia di fononi che si forma sull’orizzonte degli eventi, uno dei quali viene intrappolato all’interno del buco nero acustico, mentre l’altro scappa alla sua attrazione. Secondo il team israeliano, questi risultati confermano la correttezza delle previsioni di Hawking. “I risultati confermano che le idee di Hawking funzionano: i buchi neri dovrebbero produrre realmente le radiazioni di Hawking”, ha commentato sulle pagine del New Scientist Jeff Steinhauer, ricercatore del Technion-Israel Institute of Technology che guida il progetto.

Altri esperti però invitano alla cautela, e pur riconoscendo che il risultato del nuovo studio rappresenta quanto di più vicino ad una dimostrazione dell’esistenza delle radiazioni di Hawking sia stato mai realizzato, ricordando che dimostrare che l’effetto avviene in un buco nero acustico non può dare la certezza che lo stesso avvenga anche in un buco nero tradizionale.

Via Wired.it

CRedits immagine: Terry Presley/Flickr