Espelho de Plasma

 

A proposta de Stephen Hawking de que partículas aparecem ao redor de buracos negros, agora conhecidas como Radiação Hawking, está entre as ideias transformacionais da física moderna. No entanto, quase 50 anos depois, ainda temos que observar a Radiação Hawking no espaço ou replicá-la em laboratório. Um projeto foi formado para buscar um análogo usando um “espelho de plasma relativístico”, e novos cálculos sugerem que esse não é um objetivo irreal.

Se Hawking estiver certo, os buracos negros devem evaporar lentamente, com cada partícula aparecendo fora do horizonte de eventos drenando massa do buraco negro. Isso deve fazer com que eles se reduzam a nada bilhões ou trilhões de anos depois de ficarem sem material para alimentá-los.

De fato, o destino final do universo pode não ser nada além de buracos negros evaporando lentamente. No entanto, a radiação Hawking parece violar o princípio de que a informação deve ser conservada. Resolver esse paradoxo pode ser a chave para abordar as aparentes contradições entre a Relatividade Geral e a Teoria Quântica de Campos. Isso, por sua vez, pode levar à teoria de tudo que Hawking passou grande parte de sua vida perseguindo.

Dada a quase impossibilidade de estudar a radiação Hawking na realidade, os físicos teorizaram análogos mais facilmente testáveis. A Colaboração AnaBHEL (Analog Black Hole Evaporation via Lasers) foi estabelecida para tornar uma delas uma realidade. Em uma pré-impressão (ainda não revisada por pares) no ArXiv.org, os membros da AnaBHEL explicam por que eles acham que o plano pode funcionar.

Uma das coisas intrigantes sobre os buracos negros para os físicos é a questão de saber se eles envolvem a perda de informação. Para a maioria de nós, isso pode não parecer grande coisa – perdemos informações toda vez que esquecemos de salvar o documento em que estamos trabalhando antes de uma pane no computador, mas para um físico, essa perda viola a unitariedade, que diz que a informação nunca pode estar verdadeiramente perdida.

Infelizmente, não podemos processar computadores com falha de sistema por violação desta lei da física, mas os físicos propuseram muitas soluções para explicar como a evaporação de Hawking poderia evitar uma violação. Determinar qual dessas soluções está correta, se houver, pode responder a algumas das maiores questões da física. No entanto, como observa o artigo, “é quase impossível resolver esse paradoxo por meio de observações astrofísicas diretas, pois os buracos negros típicos de tamanho estelar são frios e jovens, mas a solução para o paradoxo depende crucialmente do estágio final do buraco negro em evaporação."

Como fazer buracos negros em laboratório está muito além da capacidade atual – e provavelmente levantará alguns problemas de saúde e segurança – as propostas para resolver a questão geralmente envolvem a criação de um análogo para a radiação Hawking, em vez da coisa real. Podemos não ter certeza de que o análogo e o original se comportam de forma idêntica, mas é um bom lugar para começar.

Uma proposta para tal análogo envolve disparar um laser de alta intensidade em um alvo de plasma de densidade decrescente. Isso, de acordo com um artigo de 2017, criaria um “espelho de plasma relativístico” cujo campo quântico se assemelha ao de um buraco negro. Os paralelos são mais diretos do que os métodos alternativos usados ​​anteriormente e, portanto, indiscutivelmente melhores, inspirando o estabelecimento da AnaBHEL.

Mesmo que a teoria seja sólida, no entanto, o experimento pode não funcionar se o equipamento for insuficiente, por exemplo, se o laser não for poderoso o suficiente ou os detectores não forem sensíveis o suficiente para capturar toda a radiação produzida. Afinal, foram necessários anos de busca para encontrar o bóson de Higgs porque, quando a caçada começou, os aceleradores de partículas usados ​​não tinham o poder necessário.

O artigo argumenta que um espelho de plasma relativístico acelerado é de fato um bom análogo para um buraco negro, e que a configuração que está sendo desenvolvida deve ser suficiente para a tarefa. Um teste inicial está planejado para este verão. Se isso falhar, um laser mais potente será aplicado ao mesmo projeto no próximo ano.

Mesmo que o experimento funcione, os autores reconhecem que não resolverá a questão subjacente. o mapa não é o território. Sabemos que nas circunstâncias do laboratório a unitariedade será preservada. No entanto, o espelho relativístico poderia nos ensinar como ocorre a preservação da informação nesse ambiente, o que pode refletir o que ocorre ao redor de um buraco negro.

Mais informações: https://bit.ly/3xd39SI / https://bit.ly/3xc0Fnz

Fonte: https://bit.ly/3zmZ2Go