Излучение Хокинга было получено в лаборатории

Физики провели эксперимент, в ходе которого изучали излучение Хокинга. Результаты были опубликованы в журнале Nature. В будущем они могут помочь понять квантовую природу гравитации.

Излучение Хокинга — это гипотетическое свечение черных дыр, предсказанное Стивеном Хокингом. Согласно этой теории, черные дыры не только необратимо поглощают материю, как считалось ранее, но и сами излучают чрезвычайно слабое излучение. В космосе она пока не обнаружена, поэтому ученые прибегают к лабораторным моделям, воспроизводящим свойства черных дыр в контролируемых условиях.

Излучение Хокинга хорошо известно в астрофизике, однако подробный механизм его возникновения в гравитационном поле остается во многом неясным. Авторы новой работы задались целью разобраться в этом как теоретически, так и изучить на практике.

Ранее теоретические модели представляли собой каскадный процесс, в котором участвовало множество квантовомеханических взаимодействий. Исследователи переписали уравнения движения света в волокне в гамильтоновой форме и увидели, что на самом деле существует один прямой член (взаимодействие через квадрат поля), который сразу создает пару волн — одну с положительной частотой (излучение) и одну с отрицательной частотой (партнер). Расчеты показали, что если излучение достаточно сильное, оно должно воздействовать на порождающий его импульс накачки.

Лабораторные эксперименты подтвердили эти теоретические расчеты. Экспериментальная установка представляла собой оптический стол с лазером Thorlabs Octavius ​​(8 фс, 800 нм, 80 МГц), двумя отрезками фотонно-кристаллического волокна (1 м и 7 мм), системой фильтров, призмой и фотоумножителем для счета фотонов УФ-диапазона.

Встреча двух импульсов в волокне - так называемой накачки, имитирующей черную дыру, и вспомогательного зонда в ИК-диапазоне - дала предсказанный расчетами выходной спектр. С помощью дополнительного моделирования мы подтвердили, что это был предсказанный эффект, а не артефакты измерений. Теория и практика совпали в пределах 2%.

Наблюденная обратная связь между излучением Хокинга и породившим его импульсом поможет понять, как именно оно «испаряет» черные дыры — без их непосредственного изучения, что невозможно ни сейчас, ни в будущем. Кроме того, возможность изучать излучение Хокинга в контролируемой среде может дать важные подсказки о природе квантовой гравитации.