Ett team av teoretiska fysiker har föreslagit ett sätt att simulera svarta hål på ett elektroniskt chip. Dessutom, tekniken som används för att skapa dessa lab-gjorda svarta hål kan vara användbar för kvantteknik. Forskarna från Chiles universitet, Cedenna, TU Eindhoven, Utrecht University, och FOM kommer att publicera sina resultat i Fysiska granskningsbrev den 1 februari 2017.

Svarta hål är astronomiska objekt så täta att ingenting - inte ens ljus - kan undkomma deras dragkraft när det passerar en punkt utan återvändande som kallas händelsehorisonten. Forskarna har upptäckt hur man gör sådana punkter som inte går tillbaka för spinnvågor, fluktuationer som förökar sig i magnetiska material, genom att använda beteendet hos dessa vågor när de interagerar med elektriska strömmar.

Snurra vågor

Magnetiska material har nord- och sydpoler. Om störd, nord- och sydpolen rör sig från en position i materialet till en annan på ett våglikt sätt. En sådan våg kallas en snurrvåg. När en elektrisk ström går igenom materialet, elektronerna drar med sig dessa vågor. När du leder en sådan ström genom en tråd som är tjock i ena änden och tunn i den andra, elektronerna flyter snabbare i den tunna änden, precis som vatten rinner snabbare genom en smal slang. Elektronflödet i trådens tunna ände kan vara så snabbt att spinnvågorna som dras med inte längre kan flöda i motsatt riktning. Den punkt vid vilken detta sker längs tråden är en punkt utan återgång för spinnvågorna, analog med en svart håls händelsehorisont.

Hawking -strålning

Nära astronomiska svarta hål, gravitationen är så stark att den orsakar en händelsehorisont för alla typer av partiklar. Även fotoner kan inte fly från ett svart hål när de har passerat dess horisont. År 1974, Stephen Hawking upptäckte att svarta hål inte är helt svarta, men avger strålning. På ett ungefär, subtila kvantmekaniska effekter gör att par partiklar och antipartiklar kontinuerligt dyker upp och försvinner. Om detta händer nära horisonten av ett svart hål, en av partiklarna i paret sväljs ibland av det svarta hålet, lämnar den andra partikeln att fly och stråla bort. Denna så kallade Hawking-strålning är nästan omöjlig att observera i yttre rymden. Dock, möjligheten att simulera det svarta hålet på ett elektroniskt chip gör det möjligt att studera denna effekt på ett mycket enklare sätt genom att titta på Hawking -strålning från spinnvågor.

Kvantsammanflätning, kvantdatorer, och framtida forskning

Partiklarna i paren som orsakar Hawking -strålning är kvantemekaniskt intrasslade, vilket innebär att deras egenskaper är så nära sammanflätade att de inte kan beskrivas av klassisk fysik. Förträngning är en av de viktigaste ingredienserna i kvantteknik, till exempel kvantdatorer. En av de riktningar som forskarna nu undersöker är hur man tillverkar enheter som använder denna trassel och kan fungera som byggstenar för applikationer baserade på kvantinvikling av spinnvågor.