Première observation du rayonnement de Hawking

Depuis quelque temps déjà, les astronomes scrutent le ciel à la recherche de signes de rayonnement de Hawking. Jusqu'à présent, ils ont trouvé Zilch.

Aujourd'hui, on dirait qu'ils ont été battus à coups de poing par un groupe de physiciens qui disent avoir créé des radiations de Hawking dans leur laboratoire. Ces gars pensent qu'ils peuvent produire des rayonnements Hawking d'une manière reproductible et sans ambiguïté, confirmant enfin la prédiction de Hawking. Voici comment ils l'ont fait.

Les physiciens ont compris depuis longtemps qu'à la plus petite échelle, l'espace est rempli d'une mêlée bouillonnante de particules qui sautent dans et hors de l'existence. Ces particules se forment sous forme de paires particule-antiparticule et s'annihilent rapidement, renvoyant leur énergie au vide.

La prédiction de Hawking est venue de la réflexion sur ce qui pourrait arriver aux paires de particules qui se forment au bord d'un trou noir. Il s'est rendu compte que si l'un des deux devait traverser l'horizon des événements, il ne pourrait jamais revenir. Mais son partenaire de l'autre côté serait libre de partir.

Pour un observateur, il semblerait que le trou noir produise un flux constant de particules quantiques, connues sous le nom de rayonnement de Hawking.

Depuis lors, d'autres physiciens ont souligné que les trous noirs ne sont pas le seul endroit où les horizons des événements peuvent se former. Tout milieu dans lequel les ondes se déplacent peut supporter un horizon des événements et, en théorie, il devrait être possible de voir le rayonnement de Hawking dans ces milieux également.

Aujourd'hui, Franco Belgiorno de l'Université de Milan et quelques amis disent qu'ils ont produit un rayonnement Hawking en envoyant une impulsion laser intense à travers un matériau dit non linéaire, c'est-à-dire un matériau dans lequel la lumière elle-même modifie l'indice de réfraction du milieu.

Au fur et à mesure que l'impulsion se déplace à travers le matériau, le changement d'indice de réfraction change également, créant une sorte d'onde d'étrave dans laquelle l'indice de réfraction est beaucoup plus élevé que le matériau environnant.

Cette augmentation de l'indice de réfraction provoque un ralentissement de toute lumière entrant. En choisissant des conditions appropriées, il est possible d'arrêter les ondes lumineuses, disons Belgiono and co. Cela crée un horizon au-delà duquel la lumière ne peut pas pénétrer, ce que les physiciens appellent un horizon des événements de trou blanc, l'inverse d'un trou noir.

Les trous blancs ne sont pas si différents des trous noirs (en fait Hawking soutient qu'ils sont formellement équivalents). Et il n'est pas difficile d'imaginer ce qui arrive aux paires de particules qui se forment à ce type d'horizon. Si l'un des deux franchit l'horizon, il ne peut avancer et se retrouve ainsi piégé. L'autre est libre de partir. L'horizon doit donc donner l'impression qu'il génère des particules quantiques.

C'est ce rayonnement que Belgiorno et ses collègues disent avoir vu en observant de côté une impulsion laser infrarouge de haute puissance qui traverse un morceau de silice fondue. Leur impulsion a une fréquence de 1055 nm mais la lumière qu'ils voient émise à angle droit a une longueur d'onde d'environ 850 nm.

Bien sûr, la grande question est de savoir si la lumière émise est générée par un autre mécanisme tel que le rayonnement Cerenkov, la diffusion ou, en particulier, la fluorescence qui est le plus difficile à écarter.

Cependant, Belgiorno et ses amis disent qu'ils peuvent exclure toutes ces sources de lumière pour le rayonnement qu'ils voient. En particulier, ils que la lumière fluorescente est bien caractérisée et qu'elle diffère de diverses manières significatives des émissions qu'ils voient. Par conséquent, ils doivent voir le rayonnement de Hawking, concluent-ils.

C'est une affirmation étonnante et sur laquelle de nombreux physiciens voudront se pencher avant de faire sauter des bouchons de champagne.

Pourquoi c'est important? L'une des raisons est que le rayonnement de Hawking est le seul moyen connu par lequel les trous noirs peuvent s'évaporer et qu'une preuve de son existence aura donc des effets profonds sur la cosmologie et la fin de l'univers.

Et maintenant que cela a été observé une fois, attendez-vous à une vague d'autres annonces alors que les chercheurs se précipitent pour répéter le résultat.

Réf : arxiv.org/abs/1009.4634 : Rayonnement Hawking à partir de filaments d'impulsion laser ultracourts

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