Італійські фізики реалізували експеримент, в якому спостерігалося випромінювання, що моделює випаровування чорної діри.

Ефект випаровування чорних дір був, нагадаємо, передбачений Стівеном Хокінгом в 70-х роках минулого століття, а для його опису вводиться так зване випромінювання Хокінга. Теорія цього випромінювання заснована на уявленні про фізичному вакуумі як про деяке стані простору, в якому постійно народжуються і анігілюють віртуальні пари частинок і античастинок. Поблизу горизонту подій чорної діри, однак, є ненульова ймовірність народження пари «реальних» частинок (у тому числі і пари фотонів), що виявляються по різні сторони нескінченно тонкого горизонту. Що знаходиться зовні частка має, з точки зору стороннього спостерігача, позитивною енергією, а частка всередині горизонту – негативною; закон збереження енергії, таким чином, не порушується. У результаті чорна діра стає джерелом потоку частинок.

Властивості такого випромінювання зближують його з випромінюванням чорного тіла, нагрітого до певної температури, обернено пропорційній масі чорної діри. Втім, навіть для чорних дір зоряної маси ця температура впритул наближається до абсолютного нуля, що робить завдання реєстрації ефекту Хокінга важкою.

Досить швидко фізики зрозуміли, що для спостереження процесу, який буде відповідати випромінювання Хокінга, астрофізична чорна діра не потрібна: достатньо створити аналог горизонту подій. У 2004 році, приміром, група вчених із Сент-Ендрюського університету (Великобританія) запропонувала схему побудови оптоволоконного варіанту горизонту подій, спрощений опис якого можна знайти тут (а тут викладений повний текст статті, опублікованій в журналі Science). Автори використали надкороткі імпульси лазерного випромінювання, що розповсюджувалися в оптоволокні і змінювали його оптичні властивості при реалізації давно відомого ефекту Керра. Суть останнього полягає в тому, що до ефективного показником заломлення волокна, n0, додається якась величина δn, пропорційна інтенсивності імпульсу. Ця δn «рухається» разом з імпульсом, формуючи нове середовище, що переміщається, очевидно, зі швидкістю світла в оптоволокні.

Область n0 + δn створює свого роду бар'єр для «випробувального» світла, початкова групова швидкість якого не дуже сильно перевершує швидкість імпульсу: це умова повинна виконуватися, оскільки значення δn невелика. По суті, задній фронт імпульсу встановлює горизонт подій білої діри, гіпотетичної області, в яку не можна потрапити ззовні, а передній фронт відповідає за горизонт чорної діри.

Автори нової роботи діяли за схожою методикою, також заснованої на використанні рухається області зміненого показника заломлення. Для її створення (див. докладний опис механізму тут) знадобилися лазер, що видавав імпульси пикосекундной тривалості, прозора діелектрична середовище (кварцове скло) і аксікон – конічна лінза, яка дозволяє перетворювати звичайний гаусів пучок випромінювання в Бессель.

До початку експерименту вчені оцінили параметри передбачуваного випромінювання, аналогічного хокінговскому: для гаусового імпульсу з центром у 1055 нм і δn = 0,001 довжини хвиль очікуваних фотонів повинні, як виявилося, лежати в області 800-875 нм. Цей інтервал обраний з таким розрахунком, щоб при розшифровці спектру фізикам не «заважала» флуоресценція. Відокремлювати випромінювання Хокінга від інших ефектів допомагало й те, що фотони збиралися під кутом в 90 ˚ до осі проходження імпульсу.

За даними дослідників, характеристики зареєстрованого випромінювання повністю відповідали теоретичної моделі: воно було неполяризованим, а ширина його спектру залежала від величини δn, а отже, і від інтенсивності імпульсу.

За матеріалами: Technology Review