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Cómo construir un láser de agujero negro
Uno de los descubrimientos más fascinantes de la física teórica en los últimos años es la analogía matemática formal entre la forma en que el espacio-tiempo y ciertos materiales afectan la luz.
Los físicos han utilizado esta idea para mostrar cómo construir agujeros negros utilizando los llamados metamateriales que dirigen la luz de formas exóticas. De hecho, los físicos chinos construyeron un agujero negro artificial en 2009.
La analogía puede llevarse aún más lejos. No solo es posible hacer agujeros negros de esta manera, sino también sus equivalentes invertidos en el tiempo: los agujeros blancos. Es más, tanto estos agujeros blancos como negros deberían producir radiación de Hawking. Esta es la emisión espontánea de radiación en el punto de no retorno de un agujero, llamado horizonte de eventos.
Esta emisión espontánea de radiación es un fenómeno curioso y complejo. Nadie ha observado la radiación de Hawking ni en agujeros negros astrofísicos ni en laboratorios (aunque hay una o dos afirmaciones actualmente en debate). Pero pocos físicos dudan de su existencia.
Entonces, si la radiación de Hawking realmente existe, ¿qué podríamos hacer con ella? Hoy, recibimos una respuesta de Daniele Faccio de la Universidad Heriot-Watt en Escocia y algunos amigos. Estos chicos explican cómo usar esta emisión espontánea de radiación para hacer un láser.
Su idea es crear un agujero negro junto a un agujero blanco para que sus horizontes de eventos estén separados por unos pocos cientos de micrómetros y creen una pequeña cavidad. Luego muestran que cuando se dispara luz en esta cavidad, se refleja desde el horizonte del agujero blanco hacia el horizonte del agujero negro, de regreso al blanco nuevamente y así sucesivamente.
Faccio y compañía continúan mostrando que durante cada reflexión, la radiación de Hawking se suma efectivamente al haz, amplificándolo así. Dicen que este proceso aditivo es logarítmico por lo que una pequeña semilla de luz acaba produciendo un intenso haz de radiación.
Su verdadero triunfo, sin embargo, es mostrar cómo se podría fabricar un dispositivo de este tipo en el laboratorio. Señalan que el índice de refracción de ciertos materiales depende de la intensidad de la luz en su interior. Entonces, la luz misma cambia el índice de refracción.
Eso significa que un rayo muy intenso puede crear un gran gradiente en el índice de refracción. Este gradiente puede ser tan pronunciado que se comporta como un horizonte de eventos. De hecho, un solo pulso puede crear un horizonte de agujero negro en su borde de ataque y un horizonte de agujero blanco en su borde de salida.
Esa es exactamente la condición que buscan estos tipos. Continúan diciendo que debería ser posible hacer esto en guías de ondas ópticas hechas de diamante. Han probado la idea numéricamente y dicen que funciona como se esperaba.
Faccio y compañía se apresuran a señalar que es posible hacer crecer el diamante en más o menos cualquier forma, por lo que debería ser posible probar esta idea en el laboratorio ahora. Por lo tanto, esto parecería indicar que este tipo de proceso de amplificación novedoso podría observarse en entornos reales, dicen.
Sería un experimento extraordinario: un láser de agujero negro en un laboratorio. ¡Frio!
Ref: arxiv.org/abs/1209.4993 : Láseres ópticos de agujero negro