Tutto è iniziato con una fibra. Solo un sottile filo di vetro. E ne è uscito il bagliore di un buco nero che in realtà respinge.
Per decenni, la famosa previsione di Stephen Hawking è rimasta proprio questo: una previsione. Non abbiamo visto la sua radiazione fuoriuscire dai veri mostri nel cielo. La luce è troppo debole, le distanze troppo vaste. Quindi, un team di fisici è diventato creativo. Hanno ottenuto l’effetto da una fibra di cristallo fotonico su un banco di laboratorio. E per la prima volta osservarono la luce reagire alla sua fonte.
“Jacob Bekenstein predisse che i buchi neri avevano una temperatura. Hawking calcolò la radiazione. Riunisce la fisica quantistica e la relatività generale.”
— Ulf Leonhardt, Istituto Weizmann
La radiazione di Hawking vive dove combattono le grandi teorie. Alla relatività generale piace lo spaziotempo fluido e continuo. La meccanica quantistica insiste su salti discontinui e discreti. Si odiano. Nessuno li ha riconciliati completamente.
Questo conflitto è il motivo per cui la radiazione è così sfuggente. Gli astronomi non lo trovano. Mai. È troppo debole per separarlo dal rumore cosmico. Quindi abbiamo costruito degli analoghi. L’acqua scorre. Atomi ultrafreddi. Adesso luce.
L’obiettivo rimane lo stesso. Imitare la matematica. Ricreare l’orizzonte.
Come si ferma la luce? Fai muovere il mezzo più velocemente della luce stessa.
Leonhardt lo descrive come un nuotatore che lotta contro la corrente. La corrente vince. Il nuotatore viene trascinato oltre un punto di non ritorno. Questo è l’orizzonte degli eventi. Nello spazio, lo spaziotempo stesso cade verso l’interno più velocemente di $c$. In laboratorio, la luce crea il mezzo in movimento.
L’ottica non lineare fa sì che la luce si comporti come un materiale. I ricercatori hanno sparato un intenso impulso di pompa nella fibra. Una struttura cristallina fotonica. Ha filettato il vetro con canali d’aria per regolare la velocità.
L’impulso della pompa ha creato una protuberanza nel vetro. Una barriera in movimento. Ha corso in avanti alla velocità della luce in modo efficace.
Poi un impulso più debole della sonda lo inseguì. La sonda ha colpito la barriera. Non riusciva a tenere il passo.
Si formò l’orizzonte artificiale.
La teoria di Hawking dice che le particelle si formano in coppia. Uno scappa. L’altro cade dentro. Nei veri buchi neri il partner interiore ha “energia negativa” e drena massa.
Nella fibra, il partner è apparso nello spettro ultravioletto.
“Abbiamo contato i fotoni… intorno ai 233 nan metri. Quello era il segnale.”
— Leonhardt
Ecco la sorpresa. La maggior parte delle persone ipotizzava una cascata. Conversioni passo dopo passo. Una forma nell’altra finché non emerse la radiazione. Disordinato. Indiretto.
La squadra ha scoperto che ciò accade con un colpo pulito. Interazione diretta. La pompa incontra la sonda. Appare la coppia Hawking. Immediato. Semplice.
Ancora più semplice è stata la reazione posteriore.
Creare energia costa qualcosa. La fonte deve indietreggiare. I veri buchi neri evaporano nel corso di eoni perdendo massa poco a poco. I buchi neri di laboratorio dovrebbero perdere un po’ di colore chiaro.
È successo. L’impulso della pompa è cambiato. Solo una frazione. Uno schema spettrale sbilenco. Un’impronta digitale.
Gli esperimenti precedenti non se ne sono accorti. Questo no.
Perché questo è importante al di là di un bel trucco?
Affronta l’incubo trans-Planckiano.
Ripercorri la radiazione di Hawking fino alla sua nascita. I calcoli richiedono onde più piccole della lunghezza di Planck. È lì che lo spazio e il tempo smettono di avere senso. Dove la fisica conosciuta muore. Se le fondamenta non esistono perché la previsione dovrebbe reggere?
“Tutta la luce che fuoriesce viene allungata enormemente”, ha osservato Leonhardt. “Proviene da scale in cui la fisica è sconosciuta.”
L’esperimento ha risposto al dubbio.
Il bagliore rimase perfettamente termico. Anche dal vuoto della scala sub-Planck.
E dopo? Il laser utilizzato oggi è classico. Imita lo spettro. Ma non la stranezza quantistica.
Hanno in programma di passare al quantum completo in seguito. Caccia all’intreccio. Il legame spettrale tra il fotone in fuga e il suo partner perduto all’interno dell’orizzonte.
Sigillerebbe l’affare.
O lo sarebbe.
