Oamenii de știință au creat un analog al orizontului evenimentelor unui black hole folosind oglinzi de lumină care vibrează
Cavitatea optică este formată din două oglinzi care captivează lumina și stă la baza funcționării laserilor, ceasurilor atomice și a multor tipuri de senzori de precizie. Dacă distanța dintre oglinzi este modificată suficient de rapid, anumite teorii prevăd că undele din interiorul cavității ar trebui să se grupeze în impulsuri scurte și intense. Până recent, această predicție nu fusese testată direct.
David Weld și colegii săi de la Universitatea din California, Santa Barbara, au confirmat pentru prima dată această predicție inversând rolurile luminii și ale materiei. Rezultatele au arătat că respectiva cavitate se comportă într-un mod care imită fizica stranie a spațiu-timpului curb. Studiul a fost publicat în Physical Review Letters.
Mimetizarea găurilor negre și albe
Într-o cavitate obișnuită, lumina se reflectă înainte și înapoi între cele două oglinzi opuse. Deoarece pot fi captate doar undele cu lungimi de undă care corespund perfect distanței dintre oglinzi, cavitatea reușește să selecteze frecvențe extrem de stabile. Totuși, dacă una dintre oglinzi este vibrată la o rată care corespunde duratei dus-întors a luminii între oglinzi, o teorie sugerează că lumina s-ar scurge treptat într-o singură direcție, formând un impuls scurt și concentrat.
Din punct de vedere matematic, acest flux unidirecțional seamănă cu lumina din apropierea orizontului evenimentelor unei găuri negre sau a omologului său pur ipotetic, o „gaură albă”. Pentru a testa acest lucru în practică, ar fi nevoie ca o oglindă să accelereze repetat până la o fracțiune considerabilă din viteza luminii în miliardimi de secundă, ceea ce depășește cu mult capacitățile tehnologiilor existente.
Înlocuirea luminii cu atomi
Pentru a ocoli această problemă, echipa lui Weld a înlocuit lumina confinată în cavitate cu atomi, care se comportă ca niște unde la temperaturi ultracalde. Cercetătorii au început prin răcirea unui gaz de atomi de litiu aproape de zero absolut, apoi l-au menținut într-o rețea de lumină laser. Asemenea luminii, rețeaua a forțat aceste „unde de materie” să se deplaseze cu o viteză aproape constantă, dar de mai puțin de 1 metru pe secundă.
Atomii au fost confinați cu ajutorul a două straturi de lumină laser care au acționat ca oglinzi lipsite de masă, iar unul dintre ele a fost mișcat înainte și înapoi de aproximativ 100 de ori pe secundă. Echipa a imagistat apoi distribuția atomilor în timp și a comparat rezultatele cu predicțiile teoretice.
Traiectorii fin reglate
În câteva cicluri, stratul de lumină în mișcare a transformat norul inițial difuz într-un pachet compact de atomi care urma o traiectorie repetitivă. Pachetele care porneau din poziții diferite se îndepărtau toate de o traiectorie instabilă și convergeau către aceeași traiectorie stabilă: exact acea mișcare unidirecțională despre care se prevede că oglindește orizonturile evenimentelor găurilor negre și albe.
Când au dublat frecvența de acționare, cercetătorii au obținut două pachete concentrate, fiecare urmând propria traiectorie. Deplasând brusc momentul mișcării stratului de lumină, ei au putut inversa traiectoriile stabilă și instabilă, schimbând astfel direcția de mișcare a pachetelor. De asemenea, au observat efecte subtile dincolo de imaginea ideală asemănătoare luminii, pe care le-au atribuit faptului că viteza atomilor nu este la fel de constantă precum cea a luminii.
Echipa lui Weld speră acum că acest efect ar putea duce la noi modalități de comprimare și decomprimare a semnalelor optice, posibil în materiale solide ale căror proprietăți optice pot fi reglate electric, fără a mai fi nevoie de oglinzi în mișcare. Dispozitivul ar putea ajuta, de asemenea, fizicienii să exploreze alte predicții fundamentale, cum ar fi modul în care perechi de particule de lumină pot apărea din spațiul gol dintre oglinzi care se mișcă rapid.
