Излучение Хокинга — одно из самых интригующих и недостижимых предсказаний современной физики. Оно возникает в рамках квантовой теории поля (КТП) на фоне искривлённого пространства-времени, где вблизи горизонта событий чёрной дыры пары частиц и античастиц могут рождаться квантовыми флуктуациями. По теории, одна из частиц может ускользнуть наружу, формируя наблюдаемое излучение, тогда как вторая поглощается чёрной дырой. Однако прямое наблюдение этого явления в астрофизике практически невозможно. Именно поэтому физики ищут способы воспроизведения аналогов этих процессов в управляемых лабораторных условиях.
Группа исследователей из Университета Сорбонны разработала и продемонстрировала экспериментальную платформу, которая позволяет моделировать ключевые аспекты квантовой теории поля с помощью одномерных поляритонных жидкостей. Поляритоны — это квазичастицы, возникающие из гибридизации фотонов и экситонов в полупроводниковых микрополостях. Такие квазижидкости демонстрируют квантовые свойства и позволяют имитировать эффекты, характерные для гравитационного взаимодействия в общей теории относительности.
Используя управляемый лазерный насос с пространственно модулированным профилем, исследователи создали каскадное течение поляритонной жидкости, в которой скорость изменяется от субзвуковой до сверхзвуковой. Это позволяет формировать аналог горизонта событий — область, где скорость потока превышает скорость распространения малых возмущений, как в случае гравитационного горизонта. В результате в такой структуре возможно наблюдать волны отрицательной энергии и эффект Доплера, которые совместно создают условия, аналогичные условиям у горизонта настоящей чёрной дыры.
Авторы эксперимента провели высокоточные спектральные измерения и зафиксировали искажения квантового поля, выражающиеся в переходе спектра возбуждений через нулевую частоту. Это признак появления волновых компонентов с отрицательной энергией, которые являются необходимым ингредиентом в сценарии излучения Хокинга. Спектры измерялись как в области до горизонта, так и внутри него, и показали характерные асимметрии, соответствующие предсказаниям КТП.
Ключевым преимуществом данной установки является высокая степень управляемости: учёные могут изменять геометрию горизонта, изменять скорость потока, модулировать оптический ландшафт. Это позволяет не просто воссоздать аналог эффекта Хокинга, но и исследовать, как его свойства зависят от различных параметров — частоты, формы горизонта, наличия дисперсии и других квантовых факторов.
Таким образом, поляритонные жидкости становятся уникальным «квантовым симулятором» — платформой, на которой можно эмпирически тестировать глубинные предсказания теоретической физики. Они открывают возможность не только проверить существование аналога излучения Хокинга, но и изучать такие аспекты, как квантовая запутанность между парами частиц по разные стороны горизонта, или влияние вращения на поведение квазичастиц в геометриях, имитирующих вращающиеся чёрные дыры.
Команда планирует в дальнейшем использовать эту платформу для количественного измерения запутанности, индуцированной эффектом Хокинга, а также для изучения отклонений в поведении поля при варьировании геометрии, включая наклон и разрыв горизонта. Это может иметь огромное значение не только для экспериментов, но и для фундаментальной теории — особенно в свете попыток объединить квантовую механику с гравитацией.
Эксперименты, подобные этому, иллюстрируют переход от «бумажной» теоретической физики к реальному моделированию квантовых феноменов, ранее считавшихся исключительно космологическими. Это шаг вперёд в понимании природы пространства, времени и материи на фундаментальном уровне. Вполне возможно, что в ближайшие десятилетия аналоговые модели на поляритонных жидкостях станут ключевым инструментом в верификации новых теорий гравитации, квантовых эффектов на горизонте и даже гипотез о существовании червоточин или флуктуирующего вакуума.
А затем «Добавить на главный экран». 