211service.com
Sådan bygger du en sort hullaser
En af de mere fascinerende opdagelser inden for teoretisk fysik i de senere år er den formelle matematiske analogi mellem måden rumtid og visse materialer påvirker lys.
Fysikere har brugt denne idé til at vise, hvordan man bygger sorte huller ved hjælp af såkaldte metamaterialer, der styrer lyset på eksotiske måder. Faktisk byggede kinesiske fysikere netop sådan et kunstigt sort hul tilbage i 2009.
Analogien kan tages endnu længere. Ikke kun er det muligt at lave sorte huller på denne måde, men også deres tidsomvendte ækvivalenter - hvide huller. Hvad mere er, både disse hvide og sorte huller skulle producere Hawking-stråling. Dette er den spontane emission af stråling ved et huls point of no return, kaldet dets begivenhedshorisont.
Denne spontane udsendelse af stråling er et mærkeligt og komplekst fænomen. Ingen har observeret Hawking-stråling, hverken fra astrofysiske sorte huller eller laboratoriebaserede (selvom der er en eller to påstande i øjeblikket under debat). Men få fysikere tvivler på dens eksistens.
Så hvis Hawking-stråling virkelig eksisterer, hvad kan vi så gøre med det? I dag får vi svar fra Daniele Faccio ved Heriot-Watt University i Skotland og et par venner. Disse fyre forklarer, hvordan man bruger denne spontane udsendelse af stråling til at lave en laser.
Deres idé er at skabe et sort hul ved siden af et hvidt hul, så deres begivenhedshorisonter er adskilt med blot et par hundrede mikrometer og skaber et lille hulrum. Så viser de, at når lyset skydes ind i dette hulrum, reflekteres det fra det hvide huls horisont til det sorte huls horisont, tilbage til det hvide igen og så videre.
Faccio og co fortsætter med at vise, at under hver refleksion tilføjer Hawking-stråling effektivt strålen og forstærker den derved. De siger, at denne additive proces er logaritmisk, så et lille frø af lys ender med at producere en intens strålingsstråle.
Deres virkelige triumf er imidlertid at vise, hvordan sådan en enhed kunne laves i laboratoriet. De påpeger, at brydningsindekset for visse materialer afhænger af intensiteten af lys inde i dem. Så selve lyset ændrer brydningsindekset.
Det betyder, at en meget intens stråle kan skabe en enorm gradient i brydningsindekset. Denne gradient kan være så stejl, at den opfører sig som en begivenhedshorisont. Faktisk kan en enkelt puls skabe sort hul-horisont ved sin forkant og en hvid hul-horisont ved sin bagkant.
Det er præcis den tilstand, disse fyre leder efter. De siger videre, at det burde være muligt at gøre dette i optiske bølgeledere lavet af diamant. De har testet ideen numerisk og siger, at den virker som forventet.
Faccio og co er hurtige til at påpege, at det er muligt at dyrke diamant til mere eller mindre enhver form, så det burde være muligt at teste denne idé i laboratoriet nu. Dette synes derfor at indikere, at denne form for ny forstærkningsproces kunne observeres i virkelige omgivelser, siger de.
Det ville være et ekstraordinært eksperiment - en sort hul-laser i et laboratorium. Fedt nok!
Ref: arxiv.org/abs/1209.4993 : Optiske sorte hullasere