Fizycy zbudowali pierwszą „bombę z czarnej dziury”, co może zrewolucjonizować nasze rozumienie energii i czarnych dziur. Eksperyment, opisany przez serwis New Scientist, wykorzystuje teoretyczne zjawisko wzmacniania energii przez czarną dziurę, ale w bezpiecznych warunkach laboratoryjnych. Badania rozpoczęły się podczas pandemii COVID-19, a ich celem jest lepsze zrozumienie zjawisk zachodzących w kosmosie.
Teoria sprzed lat
W 1969 roku brytyjski fizyk Roger Penrose zasugerował, że czarne dziury mogą oddawać energię, jeśli cząstka znajdzie się blisko obszaru zwanego ergosferą. Rok później radziecki fizyk Jakow Zeldowicz zaproponował, że podobny efekt może wystąpić także w laboratorium. Zeldowicz przewidział, że światło może być wzmacniane przez odbicie od szybko obracającego się metalowego cylindra, co nazwano superpromieniowaniem.
Innowacyjny eksperyment
W laboratorium fizyk Richard Ulbricht z Uniwersytetu w Southampton, w czasie lockdownu, zbudował eksperyment z obracającym się aluminiowym cylindrem otoczonym cewkami magnetycznymi. Ku jego zaskoczeniu, fale elektromagnetyczne były wzmacniane, co potwierdziło teorie Zeldowicza. Ulbricht powiedział: „To było niesamowite. Po prostu siedziałem w zamknięciu, zbudowałem eksperyment i nagle zobaczyłem wzmocnienie sygnału. To mnie dosłownie uratowało psychicznie podczas pandemii.”
Jak to działa?
W eksperymencie cylinder obraca się dzięki silnikowi elektrycznemu, a trzy warstwy cewek tworzą obracające się pole magnetyczne. Te cewki działają jak lustrzana powłoka, a pole magnetyczne zachowuje się jak światło. Gdy wprowadzony zostaje słaby sygnał elektromagnetyczny, system oddaje go z nawiązką, co przypomina efekt rzucenia kamienia, który wraca jako kula armatnia. Vitor Cardoso, fizyk z Uniwersytetu w Lizbonie, komentuje: „Rzucasz falę o niskiej częstotliwości na obracający się cylinder, a wraca coś silniejszego. To kompletnie nieintuicyjne!”
Znaczenie badań
Eksperyment wykazał, że system może generować sygnał samodzielnie, co dowodzi, że superpromieniowanie może wystartować samoistnie. To odkrycie ma ogromne znaczenie, ponieważ pozwala na testowanie skomplikowanych koncepcji fizycznych w kontrolowanych warunkach. Może to prowadzić do nowych odkryć, w tym zrozumienia cząstek ciemnej materii, które mogłyby emitować fale grawitacyjne.
Przyszłość badań
Choć nikt nie planuje budowy prawdziwych bomb z czarnych dziur, wersja laboratoryjna jest całkowicie bezpieczna. Daje to naukowcom możliwość uzyskania danych, które potwierdzają teorie sprzed ponad 50 lat. To znaczący krok w kierunku zrozumienia działania Wszechświata. Jak zauważa Cardoso, „superpromieniowanie zamienia czarne dziury w detektory cząstek – i to znacznie lepsze niż Wielki Zderzacz Hadronów w CERN”.
Na razie bomba z czarnej dziury to narzędzie dla fizyków, ale może w przyszłości pomoże nam lepiej zrozumieć naturę energii, cząstek i ciemnej materii.