[News] Rayonnement d’un trou noir acoustique

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Redbran
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[News] Rayonnement d’un trou noir acoustique

Message par Redbran » 01/12/2015 - 12:00:37

Caractériser le rayonnement d’un trou noir acoustique dans un condensat de Bose Einstein

Des physiciens viennent de montrer que les techniques expérimentales actuelles devraient permettre de détecter et de caractériser la signature quantique du rayonnement émis par l’horizon d’un trou noir acoustique réalisé dans l’écoulement unidimensionnel d’un condensat de Bose Einstein.

L’une des prédictions les plus marquantes du physicien théoricien Stephen Hawking est que les trous noirs gravitationnels émettent un faible rayonnement d’origine quantique. Face aux difficultés théoriques et pratiques posées par l’expérimentation sur un tel objet, les physiciens se sont tournés vers l’étude des systèmes analogues et notamment dans le domaine hydrodynamique. La zone de transition entre une région subsonique et une région supersonique d’un écoulement constitue pour les ondes acoustiques l’analogue de l’horizon d’un trou noir car les ondes acoustiques ne peuvent pas remonter l’écoulement supersonique.

Image
A gauche : schéma d’un écoulement comprenant une région supersonique. Une onde sonore émise dans la région subsonique (en blanc sur la figure) se propage dans toutes les directions (fronts d’onde rouges). La même onde émise dans la région supersonique (grisée sur la figure) est entrainée par l’écoulement et ne peut pas sortir de la région grisée qui se comporte donc comme l’intérieur d’un trou noir. A droite : même configuration, mais ici en l’absence d’émetteur sonore. Les fluctuations quantiques au voisinage de la frontière entre les régions sub- et super-soniques (l’horizon sonique) pilotent l’émission de paires de particules corrélées, des “quanta de son” dénotés “Hawking” et “partenaire” sur la figure.
Des physiciens du Laboratoire Charles Fabry - LCF (CNRS/IOGS/Univ. Paris-Sud), du Laboratoire de physique théorique d’Orsay - LPT (CNRS/Univ. Paris-Sud), du Laboratoire de physique théorique et de modèles statistiques - LPTMS (CNRS/Univ. Paris-Sud) et du centro Fermi, viennent de montrer dans une étude théorique qu’en choisissant comme fluide un condensat de Bose Einstein il devrait être possible de mettre en évidence un rayonnement sonique émis par l’horizon acoustique qui est l’analogue du rayonnement de Hawking émis par l’horizon d’un trou noir gravitationnel. La méthode proposée, qui consiste à mesurer les corrélations entre les vitesses des particules émises de part et d’autre de l’horizon sonique devrait permettre d’en caractériser les propriétés quantiques en s’affranchissant du bruit thermique. Ce travail est publié dans la revue Physical Review Letters.

Pour ce travail, les physiciens ont analysé théoriquement l’écoulement d’un condensat de Bose-Einstein piégé dans une configuration assurant un écoulement unidimensionnel. Un potentiel extérieur jouant un rôle d’obstacle produit dans le condensat un écoulement subsonique en amont de l’obstacle et supersonique en aval. Les chercheurs ont modélisé l’onde de matière que forme le condensat de Bose-Einstein par un champ quantique dont la dynamique est gouvernée par une équation permettant d’analyser les fluctuations quantiques au voisinage de la solution classique qui décrit l’écoulement du condensat. Dans ce cadre ils ont déterminé la matrice de diffusion permettant de relier les fluctuations repartant du système étudié aux fluctuations qui y parviennent. Ceci leur a permis de montrer que la formation d’un horizon sonique se traduit par l’apparition de deux pics distincts dans la distribution des vitesses des particules.

Les physiciens ont également analysé les corrélations entre les vitesses des particules émises de part et d’autre de l’horizon, et ont identifié des signaux de corrélation spécifiques, qui n’apparaissent que lorsqu’un horizon sonique est présent. Certains de ces signaux correspondent alors aux corrélations entre les canaux d’émission des paires issues des fluctuations du vide. Ces corrélations entre les vitesses des particules émises de part et d’autre de l’horizon permettent de remonter à l’origine quantique du phénomène et de prouver que les paires émises sont intriquées. Cette intrication est démontrée en comparant l’intensité des corrélations croisées (sur les canaux d’émission “Hawking” et “partenaire” - voir figure) au simple produit des corrélations intra-canal. Ce critère s’avère particulièrement robuste vis à vis des fluctuations thermiques, et devrait pouvoir être accessible expérimentalement avec des condensats dont les caractéristiques sont semblables à ce qui est usuellement réalisé dans les laboratoires.

Pour plus d'information voir:
Quantum signature of analog Hawking radiation in momentum space
D. Boiron1, A. Fabbri2, P.-E. Larré3, N. Pavloff4, C. I. Westbrook1, et P. Zin5, Physical Review Letters 15, 025301 (2015)

Retrouvez l’article sur la base d’archives ouvertes arXiv

Source et illustration: CNRS

Victor
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Re: [News] Rayonnement d’un trou noir acoustique

Message par Victor » 01/12/2015 - 14:40:35

Il me revient cette vieille idée qui n'est pas aimée par les gens d'ici
de comparer le milieu acoustique avec le continuum électromagnétique des photons
je sais ça déplait mais de plus en plus je pense à une comparaison possible de ces deux milieux visqueux,
Le photon c'est à la fois l'onde et le milieu du continuum qui supporte l'onde
En ce qui concerne la recherche en sciences, Je dirais : Cherche encore !

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hubbabubba
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Re: [News] Rayonnement d’un trou noir acoustique

Message par hubbabubba » 01/12/2015 - 23:26:15

Victor a écrit :Il me revient cette vieille idée qui n'est pas aimée par les gens d'ici
de comparer le milieu acoustique avec le continuum électromagnétique des photons
je sais ça déplait mais de plus en plus je pense à une comparaison possible de ces deux milieux visqueux,
Le photon c'est à la fois l'onde et le milieu du continuum qui supporte l'onde
En bref; tu as peur de faire des vagues... :lol2:
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Re: [News] Rayonnement d’un trou noir acoustique

Message par didier didier » 04/12/2015 - 13:00:42

Je vais sûrement écrire une bêtise ; mais théoriquement que se passe-t-il au cœur d'un condensat en forme de sphère ? Il s'agit de théorie, comme dans l'article présent. Il est déjà assez compliqué d'obtenir des condensats, en avoir avec une forme précise, avec les contraintes de refroidissement, ne me semble pas abordable.

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