Trou noir acoustique créé dans le condensat de Bose-Einstein

L'une des nombreuses propriétés curieuses des condensats de Bose-Einstein (BEC) est que le flux du son à travers eux est régi par les mêmes équations qui décrivent comment la lumière est courbée par un champ gravitationnel. Cela ouvre la possibilité de toutes sortes d'amusements et de jeux : en théorie, les physiciens peuvent reproduire avec le son et les BEC n'importe quelle mauvaise manière que la gravité a avec la lumière.

Aujourd'hui, Oren Lahav et ses camarades de l'Israel Institute of Technology, à Haïfa, disent qu'ils ont créé l'équivalent sonore d'un trou noir dans un BEC. C'est un exploit, étant donné que les physiciens s'interrogent sur cette possibilité depuis une trentaine d'années, et divers groupes capables de créer des BEC se sont précipités pour créer des trous noirs acoustiques.

L'idée générale est de mettre en place un flux supersonique d'atomes au sein du BEC. Les ondes sonores se déplaçant contre ce flux ne peuvent jamais faire de terrain. Ainsi, la région où le flux passe du subsonique au supersonique est un horizon des événements. Les ondes sonores (ou phonons) créées à l'intérieur de l'horizon des événements ne peuvent jamais s'échapper car le flux y est supersonique. C'est le trou noir.

Lahav et co ont mis en place un flux supersonique en créant un puits de potentiel profond au milieu d'un BEC qui attire les atomes. Les atomes y affluent mais ne peuvent pas abandonner leur énergie lorsqu'ils arrivent (ils sont déjà dans leur état d'énergie le plus bas), et ils traversent donc le puits à une vitesse supersonique.

Le résultat est une région au sein du BEC dans laquelle les atomes se déplacent à une vitesse supersonique. C'est le trou noir : tout phonon assez malchanceux pour s'égarer dans cette région ne peut s'échapper.

L'une des raisons pour lesquelles les trous noirs soniques sont si prisés est qu'ils devraient produire un rayonnement de Hawking. La mécanique quantique prédit que des paires de phonons virtuels avec des impulsions égales et opposées devraient constamment apparaître et disparaître dans les BEC.

Si l'un de ces couples traversait l'horizon des événements, il serait aspiré dans le trou noir, pour ne jamais s'en échapper. L'autre, en revanche, serait libre de poursuivre son chemin. Ce flux d'évadés serait le fameux, mais encore non observé, rayonnement de Hawking.

Lahav et ses copains ne sont pas encore allés aussi loin, mais ils ont fait un pas important vers l'observation des radiations de Hawking et ont clairement les yeux rivés sur cet objectif.

La concurrence ne manque pas ici, et la création du premier trou noir sonique ne manquera pas de stimuler la concurrence. Attendez-vous à voir quelqu'un revendiquer bientôt la première observation du rayonnement de Hawking.

Réf : arxiv.org/abs/0906.1337 : Un trou noir sonique dans un condensat de Bose-Einstein à densité inversée

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