Un minuscule trou noir d'un scientifique introduit le cosmos dans le laboratoire


Dans son laboratoire en Israël, Jeff Steinhauer crée des trous noirs microscopiques. Ces objets ne sont que des points humbles, dépourvus de la force de succion spaghettifiante d’une véritable étoile morte. Mais Steinhauer, physicien à l'université de recherche Technion, m'assure qu'il les a construits mathématiquement à l'échelle. Effectuez un zoom avant assez important et vous verrez un horizon d’événements miniature restituer le drame d’un véritable trou noir.

Chacune de ces minuscules taches consiste en 8 000 atomes de rubidium que Steinhauer a refroidis à près de zéro absolu, puis balayés avec un laser. Collectivement, les atomes pèsent environ un millième d'une bactérie.

Dans un véritable trou noir, la gravité est si forte qu’une fois que vous avez traversé son horizon, même la lumière ne peut s’échapper. La réplique de Steinhauer, techniquement appelée condensat de Bose-Einstein, a la même propriété sauf pour les ondes sonores. Passé une limite dans la goutte, aucune vibration sonique ne peut s'échapper.

Jeff Steinhauer réalise des minuscules modèles de trous noirs dans son laboratoire à partir d'atomes de rubidium.Photographie: JeffSteinhauer / Technion

Ce travail est un exemple d’un nouveau type d’expérience scientifique appelé simulateur quantique. Les simulateurs quantiques sont des répliques à petite échelle de phénomènes naturels complexes dont le comportement obéit aux règles de la mécanique quantique. Le physicien Ignacio Cirac, de l’Institut Max Planck pour l’optique quantique, estime que c’est l’équivalent quantique de la construction d’un modèle réduit d’aéronef.

Steinhauer, par exemple, a appris de sa réplique quantique qu'il émettait des ondes sonores analogues aux ondes lumineuses que de vrais trous noirs sont supposés produire, connues sous le nom de rayonnement de Hawking. Parce que les vrais trous noirs sont si difficiles à étudier et que le rayonnement de Hawking est si faible, les chercheurs n’avaient jamais observé le rayonnement dans l’espace. Mais les ondes sonores dans la simulation de Steinhauer ont apporté un soutien à cette idée.

Dans une autre expérience impliquant des blobs d’atomes froids, des physiciens de l’Université de Chicago ont simulé un environnement extrême différent: ce serait comme pour une personne d’accélérer à des milliards de g. La théorie prédit qu'une personne accélérant ce jeûne devrait être capable de voir des objets émettant de la lumière, appelés rayonnement Unruh.

Il est impossible d’accélérer autant une personne au laboratoire; pour un, ils se seraient écrasés presque instantanément dans les murs. Les chercheurs ont donc créé la version du scénario sur tapis roulant: tout reste en place, mais ils fabriquent l'illusion que le laboratoire accélère au-delà de son blob atomique. «C’est comme si nous nous installions dans un simulateur de vol», explique le physicien Cheng Chin de l’Université de Chicago. "Vous pensez que vous conduisez un avion à réaction, mais vous êtes vraiment juste en laboratoire."