Les scientifiques de l'Université de Nottingham ont fait un bond en avant significatif dans la compréhension du fonctionnement de l'un des mystères de l'univers. Ils ont réussi à simuler les conditions autour des trous noirs à l'aide d'un bain-marie spécialement conçu.

Leurs découvertes jettent un nouvel éclairage sur la physique des trous noirs avec la première preuve en laboratoire du phénomène connu sous le nom de superradiance, réalisé en utilisant de l'eau et un générateur pour créer des vagues.

La recherche - Rotational superradiant scattering in a vortex flow - a été publiée dans Physique de la nature . Elle a été entreprise par une équipe du Quantum Gravity Laboratory de l'École de physique et d'astronomie.

Le travail a été dirigé par Silke Weinfurtner de la School of Mathematical Sciences. En collaboration avec une équipe interdisciplinaire, elle a conçu et construit le « bain » de trous noirs et le système de mesure pour simuler les conditions des trous noirs.

Le Dr Weinfurtner a déclaré:"Cette recherche a été particulièrement passionnante à travailler car elle a rassemblé l'expertise de physiciens, ingénieurs et techniciens pour atteindre notre objectif commun de simuler les conditions d'un trou noir et de prouver que la superadiance existe. Nous pensons que nos résultats motiveront d'autres recherches sur l'observation de la superradiance en astrophysique."

Qu'est-ce que la superradiance ?

L'expérience de Nottingham était basée sur la théorie selon laquelle une zone située immédiatement à l'extérieur de l'horizon des événements d'un trou noir en rotation - le point de non-retour gravitationnel d'un trou noir - sera entraînée par la rotation et toute onde qui pénètre dans cette région, mais ne dépasse pas l'horizon des événements, doit être dévié et sortir avec plus d'énergie qu'il n'en a transporté à l'entrée - un effet connu sous le nom de superradiance.

La superradiance - l'extraction d'énergie d'un trou noir en rotation - est également connue sous le nom de mécanisme de Penrose et est un précurseur du rayonnement de Hawking - une version quantique de la superradiance du trou noir.

Qu'y a-t-il dans le laboratoire du trou noir ?

Le Dr Weinfurtner a déclaré:"Certains des phénomènes bizarres de trou noir sont difficiles, si non, impossible d'étudier directement. Cela signifie que les possibilités expérimentales sont très limitées. Cette recherche est donc tout un exploit. »

Le 'canal', est spécialement conçu de 3m de long, Baignoire de 1,5 m de large et 50 cm de profondeur avec un trou au centre. L'eau est pompée dans un circuit fermé pour établir un flux de drainage rotatif. Une fois à la profondeur souhaitée, les ondes ont été générées à des fréquences variées jusqu'à ce que l'effet de diffusion supraradiant soit créé et enregistré à l'aide d'un capteur d'interface air-fluide 3D spécialement conçu.

De minuscules points de papier blanc perforés par une machine à coudre spécialement adaptée ont été utilisés pour mesurer le champ d'écoulement - la vitesse du flux de fluide autour du trou noir analogique.

Tout a commencé par des débuts modestes

Cette recherche est en préparation depuis de nombreuses années. L'idée initiale pour créer un effet supperradiant avec de l'eau a commencé avec un seau et un bidet. Le Dr Weinfurtner a déclaré:"Cette recherche a grandi depuis des débuts modestes. J'ai eu l'idée initiale d'une expérience à base d'eau lorsque j'étais à l'École internationale d'études avancées (SISSA) en Italie et j'ai mis en place une expérience avec un seau et un bidet . Toutefois, quand cela a provoqué une inondation, on m'a rapidement trouvé un laboratoire pour travailler !

Après son post-doctorat, Le Dr Weinfurtner a ensuite travaillé avec Bill Unruh, le physicien né au Canada qui a également apporté une contribution fondamentale à notre compréhension de la gravité, trous noirs, cosmologie, champs quantiques dans les espaces courbes, et les fondements de la mécanique quantique, y compris la découverte de l'effet Unruh.

Son déménagement à l'Université de Nottingham a accéléré ses recherches car elle a pu créer son propre groupe de recherche avec le soutien de l'atelier d'usinage de l'École de physique et d'astronomie.