Os buracos negros são regiões do espaço-tempo com grande gravidade. Os cientistas pensaram originalmente que nada poderia escapar dos limites desses objetos massivos, incluindo a luz.
A natureza precisa dos buracos negros e tem sido questionada desde que a teoria da relatividade geral de Albert Einstein deu origem à possibilidade de sua existência. Entre as descobertas mais famosas está a previsão do físico inglês Stephen Hawking de que algumas partículas são realmente emitidas na borda de um buraco negro.
Os físicos também exploraram o funcionamento dos aspiradores. No início dos anos 1970, enquanto Hawking descrevia como a luz pode escapar da atração gravitacional de um buraco negro, o físico canadense William Unruh propôs que um fotodetector acelerado rápido o suficiente poderia “ver” a luz no vácuo.
Uma nova pesquisa de Dartmouth avança essas teorias, detalhando uma maneira de produzir e detectar luz que antes era considerada inobservável.
“Em um sentido cotidiano, as descobertas parecem sugerir surpreendentemente a capacidade de produzir luz a partir do vácuo vazio”, diz Miles Blencowe, o distinto professor de física da Eleanor e A. Kelvin Smith e pesquisador sênior do estudo. “Nós, em essência, produzimos algo do nada; pensar nisso é muito legal.”
Na física clássica, o vácuo é considerado a ausência de matéria, luz e energia. Na física quântica, o vácuo não é tão vazio, mas cheio de fótons que flutuam dentro e fora da existência. No entanto, essa luz é virtualmente impossível de medir.
Com a ciência já demonstrando que a observação da luz no vácuo é possível, a equipe decidiu encontrar uma maneira prática de detectar os fótons.
A teoria, publicada na Communications Physics, prevê que imperfeições à base de nitrogênio em uma membrana de diamante em rápida aceleração podem fazer a detecção.
No experimento proposto, um diamante sintético do tamanho de um selo postal contendo os detectores de luz à base de nitrogênio é suspenso em uma caixa de metal super-resfriada que cria um vácuo. A membrana, que atua como um trampolim amarrado, é acelerada em taxas massivas.
“O movimento do diamante produz fótons”, diz Hui Wang, Guarini ’21, pesquisador de pós-doutorado que escreveu o artigo teórico como estudante de graduação. “Em essência, tudo o que você precisa fazer é sacudir algo com violência suficiente para produzir fótons emaranhados.”
O estudo, que foi apoiado pela National Science Foundation, é o primeiro a explorar o uso de vários detectores de fótons – os defeitos de diamante – para amplificar a aceleração e aumentar a sensibilidade de detecção. A oscilação do diamante também permite que o experimento ocorra em um espaço controlável em intensas taxas de aceleração.
“Os fótons detectados pelo diamante são produzidos aos pares”, diz Hui. “Esta produção de fótons emaranhados emparelhados é uma evidência de que os fótons são produzidos no vácuo e não de outra fonte.”
A luz detectada existe na frequência de microondas, portanto não é visível ao olho humano, mas Blencowe e Wang esperam que o trabalho contribua para a compreensão das forças físicas que contribuem para a sociedade da mesma forma que outras pesquisas teóricas. Em particular, o trabalho pode ajudar a lançar luz experimental sobre a previsão de Hawking para a radiação de buracos negros através das lentes da pesquisa de Einstein.
“Parte da responsabilidade e da alegria de ser teóricos como nós é colocar ideias para fora”, diz Blencowe. “Estamos tentando mostrar que é viável fazer esse experimento, testar algo que até agora foi extraordinariamente difícil.”
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