آفاق الحدث عبارة عن مصانع قابلة للضبط للتشابك الكمومي

استفاد الفيزيائيون في جامعة ولاية لويزيانا من تقنيات نظرية المعلومات الكمية للكشف عن آلية لتضخيم أو “تعزيز” إنتاج التشابك في تأثير هوكينغ بطريقة محكومة. بالإضافة إلى ذلك ، يقترح هؤلاء العلماء بروتوكولًا لاختبار هذه الفكرة في المختبر باستخدام آفاق الحدث المنتجة صناعياً. تم نشر هذه النتائج مؤخرًا في خطابات الفحص البدني“الجوانب الكمية لإشعاع هوكينغ المحفز في زوج ثقب أبيض أسود تناظري” ، حيث يقدم كل من إيفان أغولو وأنتوني جيه برادي وديمتريوس كراناس هذه الأفكار ويطبقونها على الأنظمة البصرية التي تحتوي على نظير لثقب أبيض-أسود.

تعتبر الثقوب السوداء من أكثر الأشياء المحيرة في عالمنا ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أن أعمالها الداخلية مخفية خلف حجاب غامض تمامًا ، وهو أفق حدث الثقب الأسود.

في عام 1974 ، أضاف ستيفن هوكينج المزيد من الغموض إلى شخصية الثقوب السوداء من خلال إظهار ذلك مرة واحدة التأثيرات الكمية يعتبر الثقب الأسود ليس أسودًا حقًا على الإطلاق ، ولكنه بدلاً من ذلك يصدر إشعاعًا ، كما لو كان جسمًا ساخنًا ، ويفقد الكتلة تدريجياً في ما يسمى بـ “عملية” تبخر هوكينغ “. علاوة على ذلك ، أظهرت حسابات هوكينغ أن الإشعاع المنبعث متشابك ميكانيكيًا مع الأجزاء الداخلية من الثقب الأسود نفسه. هذا التشابك هو التوقيع الكمي لتأثير هوكينج. هذه النتيجة المذهلة من الصعب ، إن لم تكن مستحيلة ، اختبارها على الثقوب السوداء الفيزيائية الفلكية ، لأن إشعاع هوكينغ الخافت يتضاءل أمام مصادر الإشعاع الأخرى في الكون.

في المقابل ، في الثمانينيات ، أ مقال أساسي بقلم ويليام أونرو أثبت أن الإنتاج التلقائي لجسيمات هوكينج المتشابكة يحدث في أي نظام يمكنه دعم أفق الحدث الفعال. تندرج مثل هذه الأنظمة عمومًا تحت “أنظمة الجاذبية التناظرية” وفتحت نافذة لاختبار أفكار هوكينغ في المختبر.

إن الأبحاث التجريبية الجادة على أنظمة الجاذبية التناظرية – المكونة من مكثفات بوز-آينشتاين ، أو الألياف البصرية غير الخطية ، أو حتى المياه الجارية – جارية منذ أكثر من عقد. لوحظ مؤخرًا إشعاع هوكينغ المحفز والمتولد تلقائيًا على العديد من المنصات ، لكن قياس التشابك أثبت أنه بعيد المنال نظرًا لطبيعته الضعيفة والهشة.

قال البروفيسور المساعد إيفان أغولو: “نظهر أنه من خلال إلقاء الضوء على الأفق ، أو الآفاق ، مع الحالات الكمية المختارة بشكل مناسب ، يمكن للمرء أن يضخم إنتاج التشابك في عملية هوكينج بشكل مضبوط”. “كمثال ، نطبق هذه الأفكار على الحالة الملموسة لزوج من الثقوب التناظرية ذات اللون الأبيض والأسود التي تشترك في الداخل ويتم إنتاجها في مادة بصرية غير خطية.”

قال أنتوني برادي ، خريج دكتوراه 2021 ، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة أريزونا: “جاءت العديد من أدوات المعلومات الكمومية المستخدمة في هذا البحث من بحثي بعد التخرج مع البروفيسور جوناثان بي داولينج”. “كان جون شخصية كاريزمية ، وقد جلب جاذبيته وجاذبيته غير التقليدية إلى علمه ، بالإضافة إلى نصيحته. وشجعني على العمل على أفكار غريبة ، مثل الثقوب السوداء التناظرية ، ومعرفة ما إذا كان بإمكاني دمج تقنيات من مجالات مختلفة من الفيزياء – مثل المعلومات الكمومية والجاذبية التناظرية – لإنتاج شيء جديد ، أو “لطيف” ، كما يحب أن يقول “.

قال ديميتريوس كراناس ، طالب الدراسات العليا في جامعة LSU ، إن “عملية هوكينغ هي واحدة من أغنى الظواهر الفيزيائية التي تربط بين مجالات الفيزياء التي تبدو غير مرتبطة ، من نظرية الكم إلى الديناميكا الحرارية والنسبية”. “أضافت الثقوب السوداء التناظرية نكهة إضافية للتأثير ، وفي نفس الوقت تمنحنا فرصة مثيرة لاختبارها في المختبر. يسمح لنا تحليلنا العددي المفصل باستكشاف الميزات الجديدة لعملية هوكينج ، مما يساعدنا على فهم أوجه التشابه بشكل أفضل والاختلافات بين الفيزياء الفلكية والتناظرية الثقوب السوداء. ”