作者:Oren Lahav 来源:PRL 发布时间:2011-1-12 14:26:02
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科学家制造新型黑洞捕捉音波

 
通常概念里的黑洞由于能吸收所有入射光而得名,它非常致密,没有光线能从它的事件视界(黑洞中发出的光所能到达的最远距离,即黑洞最外层的边界)中逃逸出来。据美国物理学家组织网1月10日报道,以色列科学家在实验室造出了一种类似的音波黑洞,所有音波而不是光波都会被它捕获而不能逃逸。研究人员希望借助这种音波黑洞来研究难以捉摸的霍金辐射。该研究成果发表在近期出版的《物理评论快报》(PRL)上。
 
该音波黑洞是一种由10万个铷原子构成的玻色—爱因斯坦凝聚物,铷原子在磁阱中达到它们的最低量子态,冷凝在一起的原子团就像一个具有量子力学属性的大原子。为了将这种冷凝物转变成音波黑洞,研究人员找到了一种方法,将部分冷凝物加速到超音速,让整个冷凝物中包含了超音速流动区域和亚音速流动区域。
 
研究人员用大口径激光照射冷凝物,使它具有了类似音阶的势差和谐波势差。当冷凝物在类音阶势差中通过“音阶”时,冷凝物就加速到超音速。他们还证明了冷凝物能加速到超过音速范围的多个音阶。
 
“这项研究的最大意义在于,我们成功地克服了朗道临界速度,在这种状态下流动的速度无法超过声速。”论文合著者、以色列理工学院的杰夫·斯坦豪尔说,此项实验在一段时间内超越了这一限制。
 
在实验设计中,音阶标志了超音速区域和亚音速区域的分界,作为音波黑洞的事件视界。在这一事件视界上,冷凝物流动的速度和声音速度相等。在超音速音阶的一边,冷凝物的密度比亚音速的一边要低得多。研究人员解释说,由于质量守恒,低密度相当于更高的流动速度。在实验中,研究人员能稳定地维持黑洞的事件视界至少20毫秒。
 
音波黑洞和捕获光子的黑洞类似,它的超音速区域也能捕获声子和处于1.6微米—18微米波长之间的广泛的玻戈留玻夫激发过程。波长非常短的激发能够逃逸,而那些较长波长的激发一开始就无法留在超音速区域。
 
研究人员计划用音波黑洞来观测霍金辐射。霍金辐射是物理学家斯蒂芬·霍金首次提出的预言,由于量子效应,黑洞会发出少量的热辐射,这些辐射会导致黑洞收缩并最终完全蒸发掉。而要探测到这种辐射很困难,需要很多准备工作,比如捕获激发过程必须有负能量。他们在模拟实验中已经证明了这一点:将两束频率略为不同的激光束集中到冷凝物的超音速区域时,模拟冷凝物从一束激光中吸收了一个光子,并发射一个光子到第二束激光中,产生了具有负能量的激发过程。将来,音波黑洞或能帮助科学家看到霍金辐射。(来源:科技日报 常丽君)
 
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