2014年和2016年，以色列Technion的Jeff Steinhauer成功地進(jìn)行了兩個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)。第一個(gè)演示了聲黑洞激光器(SBHL)中的受激霍金輻射。下一個(gè)顯示來自聲黑洞(SBH)的自發(fā)霍金輻射。兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)均在納米開爾文溫度(幾乎在絕對(duì)零溫度下的一種極端形式的量子流體)中，在rub原子的超冷玻色-愛因斯坦凝聚物(BEC)中進(jìn)行。

為了給您一些背景知識(shí)，黑洞(SBH)的聲音類似物將聲音捕獲在單個(gè)聲音事件視界(AEH)內(nèi)，并發(fā)出自發(fā)的聲音霍金輻射(HR)，這是比爾·恩魯(Bill Unruh)首次提出的類似物，以表明可能驗(yàn)證史蒂芬·霍金的開創(chuàng)性想法的方法。

為了形成SBHL，聲波量子聲子需要在兩個(gè)這樣的事件視界(內(nèi)部和外部)之間來回移動(dòng)，并產(chǎn)生更多的聲子，從而產(chǎn)生霍金輻射。在Unruh提出建議十多年后，Jacobson和Corley首次提出了這個(gè)想法。這表明要實(shí)現(xiàn)SBHL，應(yīng)在較早的時(shí)間發(fā)生來自聲波事件視界的自發(fā)輻射。自然，您希望看到在同一系統(tǒng)中從一個(gè)過渡到另一個(gè)。

二維聲黑洞及其霍金輻射：

為了測(cè)試這種可能性，我們通過將其通過環(huán)形激光感應(yīng)電勢(shì)進(jìn)行加速來分析和模擬相同atoms原子的準(zhǔn)二維自旋耦合的BEC。我們進(jìn)行了兩項(xiàng)重大更改。首先，與Steinhauer的準(zhǔn)一維系統(tǒng)相比，我們的系統(tǒng)是二維的。恩魯(Unruh)的原始理論嚴(yán)格地僅在兩個(gè)空間維度及更高維度上開始起作用。其次，它具有合成自旋軌道耦合。此屬性使它可以在平面中沿各個(gè)方向非均勻移動(dòng)并稍有旋轉(zhuǎn)。

我們發(fā)現(xiàn)，在初始階段，該系統(tǒng)形成單個(gè)聲波層，顯示出自發(fā)的霍金輻射。在這種情況下，移動(dòng)的冷凝物密度的波動(dòng)相對(duì)較弱，其行為與水中的波浪相同。在這種制度下，昂魯(Unruh)提出的數(shù)學(xué)類比是有效的。在霍金輻射的光譜中，霍金所設(shè)想的是無特征的熱分布。自旋軌道耦合增強(qiáng)了該頻譜，而且使其在特定方向上相對(duì)更加明顯。

引力類比的分解：

隨著時(shí)間的流逝，凝析物中的密度變化變得更加野蠻，而Unruh提出的類比也崩潰了。然而，該系統(tǒng)現(xiàn)在開始形成第二層，在兩個(gè)層之間具有強(qiáng)烈的空間振蕩和隨時(shí)間增長(zhǎng)的密度模式，這表明形成了具有受激霍金輻射的聲波黑洞激光器。輻射光譜偏離無特征的熱度并形成一個(gè)明顯的峰。

霍金輻射的熱性質(zhì)的觀察是理解信息悖論的基本問題的關(guān)鍵。在給定的原子流體中，在一段時(shí)間內(nèi)從自發(fā)躍遷到受激霍金躍遷的這種清晰過渡，引力類比和熱力條件的最終崩潰，為可能使用這種類比模型研究這些基本問題提供了重要的見解。

這個(gè)故事是“ 科學(xué)X對(duì)話”的一部分，研究人員可以在其中報(bào)告其發(fā)表的研究文章中的發(fā)現(xiàn)。訪問此頁(yè)面以獲取有關(guān)ScienceX Dialog以及如何參與的信息。

更多信息： Jeff Steinhauer。在自然黑洞中模擬量子霍金輻射及其糾纏，《自然物理學(xué)》(2016年)。DOI：10.1038 / nphys3863

史蒂文·科利(Steven Corley)等。黑洞激光器，《物理評(píng)論》 D(2002)。DOI：10.1103 / PhysRevD.59.124011

Jeff Steinhauer。在模擬黑洞激光器中觀察自放大霍金輻射，《自然物理學(xué)》(2014年)。DOI：10.1038 / nphys3104

自旋軌道耦合的玻色-愛因斯坦凝聚物及其模擬霍金輻射的(2 + 1)$維聲波黑洞。arxiv.org/abs/1810.04860

個(gè)人簡(jiǎn)介：

Sankalpa Ghosh是德里印度理工學(xué)院(IIT)的理論物理學(xué)教授。Ghosh取得了博士學(xué)位。他從新德里賈瓦哈拉爾·尼赫魯大學(xué)(Jawaharlal Nehru University)物理學(xué)院獲得博士學(xué)位，并在加入IIT德里之前，先后在印度欽奈(印度)，以色列理工學(xué)院(以色列)和岡山大學(xué)的IMSC進(jìn)行了博士后研究。他感興趣的領(lǐng)域是理論凝聚態(tài)系統(tǒng)，特別著重于拓?fù)浞瞧椒驳哪蹜B(tài)系統(tǒng)，超冷原子的量子模擬以及拓?fù)浞瞧椒驳哪蹜B(tài)系統(tǒng)。

Inderpreet Kaur是一名博士學(xué)位。IIT德里的一名學(xué)生與Ghosh合作研究超冷原子。