Los físicos han recreado con éxito parte de la física extrema de los agujeros negros dentro de un laboratorio mediante la construcción de un dispositivo estacionario que puede copiar los efectos de velocidades de rotación imposibles.El logro confirma una thought teórica sugerida hace más de medio siglo por Sir Roger Penrose, quien propuso que se podía extraer energía de un agujero negro que giraba rápidamente. En lugar de utilizar piezas móviles, los investigadores del Centro de Investigación Científica Avanzada del Centro de Graduados de CUNY (CUNY ASRC) utilizaron rotación synthetic para recrear este proceso de energía cósmica en un entorno de laboratorio controlado.El descubrimiento, publicado en la revista Nature, traslada una thought de larga information de la ciencia ficción a la física práctica. El modelo de laboratorio evita los límites físicos de las máquinas mecánicas y podría ayudar a crear nuevas tecnologías en comunicación inalámbrica, óptica avanzada y computación cuántica.
Rompiendo los límites de velocidad de los materiales.
En 1969, Penrose sugirió que si una partícula entrara en la ergosfera de un agujero negro, una extraña región donde la rotación del agujero negro arrastra consigo el espacio y el tiempo, la partícula podría dividirse en dos partes. Una parte caería más allá del punto de no retorno, mientras que la otra podría escapar con más energía que la que tenía la partícula authentic.Más tarde, el físico Yakov Zel’dovich amplió esta thought al demostrar que la luz y las ondas de radio también podían ganar energía y volverse más fuertes si rebotaban en un objeto que giraba a velocidades extremadamente altas.Durante décadas, los científicos no pudieron probar esta thought en un laboratorio utilizando movimiento actual porque los materiales sólidos se romperían bajo las fuerzas extremas necesarias para copiar la rotación comparable a la de un agujero negro. Para superar este problema, el equipo de CUNY ASRC creó un anillo de radiofrecuencia completamente inmóvil hecho de metamateriales especialmente diseñados.En lugar de hacer girar físicamente el dispositivo, los investigadores utilizaron cambios cuidadosamente sincronizados en las propiedades eléctricas de los componentes electrónicos colocados alrededor del anillo. Esta sincronización controlada creó un patrón de ondas en movimiento que copiaba la física de un objeto que gira más rápido que la velocidad de la luz.«Nuestro enfoque facilita un nuevo método de interacción onda-materia en el que ondas con propiedades rotacionales seleccionadas extraen energía de la rotación sintética diseñada en el tiempo, produciendo una forma de amplificación selectiva de banda ancha», dijo el investigador principal Andrea Alù, profesor distinguido y profesor Einstein de Física en el Centro de Graduados de CUNY y director fundador de la Iniciativa de Fotónica de CUNY ASRC.
Los físicos de CUNY recrean la extracción de energía de un agujero negro en un histórico experimento de laboratorio
Creando energía a través del movimiento synthetic
La mayor parte del experimento dependió de cómo reaccionaban las ondas electromagnéticas dentro de este entorno synthetic. Cuando las ondas de radio con ciertas características rotacionales ingresaron al anillo estacionario, interactuaron con el patrón cambiante creado por los investigadores. Las ondas adquirieron energía gracias al movimiento synthetic del sistema y se hicieron más fuertes.«Las ondas con las características rotacionales apropiadas extrajeron energía del sistema y se amplificaron, reproduciendo la física esencial del proceso Penrose-Zel’dovich», dijo el coautor principal Hady Moussa, ex estudiante de doctorado de la Iniciativa de Fotónica CUNY ASRC. «Nuestro enfoque se basa en metamateriales diseñados para controlar cómo se propagan las ondas».Al eliminar la necesidad de una rotación física actual, este experimento brinda a los científicos una forma segura de estudiar las leyes naturales que normalmente ocurren cerca de los bordes de los agujeros negros.«Este exitoso experimento traslada concepts sobre la dinámica rotacional extrema de la teoría a la práctica y crea una plataforma experimental versátil para explorar una amplia gama de fenómenos en la intersección de la astrofísica, la física ondulatoria y la ciencia cuántica», dijo el autor principal Hadiseh Nasari, investigador postdoctoral de la Iniciativa de Fotónica de CUNY ASRC. «El trabajo tiene implicaciones para los avances en la ciencia elementary y en las comunicaciones, la óptica y la fotónica.«
Usos en el mundo actual de la física de los agujeros negros
Aunque el experimento ayuda a los astrofísicos a comprender las condiciones espaciales extremas, la tecnología detrás de él también podría tener usos prácticos en la Tierra. La capacidad de amplificar ondas específicas mediante rotación synthetic inmóvil podría ayudar a los ingenieros a crear piezas más eficientes para futuros sistemas de comunicación inalámbrica y tecnología de radar.El equipo de investigación planea hacer la tecnología más pequeña y probar cómo funciona con dispositivos fotónicos y sistemas cuánticos basados en la luz. Si tiene éxito, el método podría permitir a los ingenieros controlar cómo se mueve la luz a través de los chips de computadora, creando potencialmente sistemas de procesamiento de datos más rápidos.El proyecto recibió apoyo y financiación del Departamento de Defensa de EE. UU. (DOJ), la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y la Fundación Simons. Se necesitarán más mejoras en los anillos de metamateriales antes de que la tecnología pueda utilizarse en dispositivos de comunicación comerciales.
