2014年和2016年，以色列Technion的Jeff Steinhauer成功地進行了兩個重要的實驗。第一個演示了聲黑洞激光器(SBHL)中的受激霍金輻射。下一個顯示來自聲黑洞(SBH)的自發(fā)霍金輻射。兩項實驗均在納米開爾文溫度(幾乎在絕對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)中進行。

為了給您一些背景知識，黑洞(SBH)的聲音類似物將聲音捕獲在單個聲音事件視界(AEH)內，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這樣的事件視界(內部和外部)之間來回移動，并產生更多的聲子，從而產生霍金輻射。在Unruh提出建議十多年后，Jacobson和Corley首次提出了這個想法。這表明要實現(xiàn)SBHL，應在較早的時間發(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)中從一個過渡到另一個。

二維聲黑洞及其霍金輻射：

為了測試這種可能性，我們通過將其通過環(huán)形激光感應電勢進行加速來分析和模擬相同atoms原子的準二維自旋耦合的BEC。我們進行了兩項重大更改。首先，與Steinhauer的準一維系統(tǒng)相比，我們的系統(tǒng)是二維的。恩魯(Unruh)的原始理論嚴格地僅在兩個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方向非均勻移動并稍有旋轉。

我們發(fā)現(xiàn)，在初始階段，該系統(tǒng)形成單個聲波層，顯示出自發(fā)的霍金輻射。在這種情況下，移動的冷凝物密度的波動相對較弱，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)學類比是有效的。在霍金輻射的光譜中，霍金所設想的是無特征的熱分布。自旋軌道耦合增強了該頻譜，而且使其在特定方向上相對更加明顯。

引力類比的分解：

隨著時間的流逝，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，在兩個層之間具有強烈的空間振蕩和隨時間增長的密度模式，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明顯的峰。

霍金輻射的熱性質的觀察是理解信息悖論的基本問題的關鍵。在給定的原子流體中，在一段時間內從自發(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。

這個故事是“ 科學X對話”的一部分，研究人員可以在其中報告其發(fā)表的研究文章中的發(fā)現(xiàn)。訪問此頁面以獲取有關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》(2016年)。DOI：10.1038 / nphys3863

史蒂文·科利(Steven Corley)等。黑洞激光器，《物理評論》 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》(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

個人簡介：

Sankalpa Ghosh是德里印度理工學院(IIT)的理論物理學教授。Ghosh取得了博士學位。他從新德里賈瓦哈拉爾·尼赫魯大學(Jawaharlal Nehru University)物理學院獲得博士學位，并在加入IIT德里之前，先后在印度欽奈(印度)，以色列理工學院(以色列)和岡山大學的IMSC進行了博士后研究。他感興趣的領域是理論凝聚態(tài)系統(tǒng)，特別著重于拓撲非平凡的凝聚態(tài)系統(tǒng)，超冷原子的量子模擬以及拓撲非平凡的凝聚態(tài)系統(tǒng)。

Inderpreet Kaur是一名博士學位。IIT德里的一名學生與Ghosh合作研究超冷原子。