Un grup de cercetatori a propus construirea unui model al gaurilor negre in laborator cu ajutorul grafenului, pentru a studia ce se intampla in apropierea asa-numitului orizont al evenimentelor si, poate, pentru a face un pas inainte spre o noua teorie cuantica a gravitatiei.

Gaurile negrereprezinte un mister impenetrabil, un loc unde, daca intri, nu mai poti iesi. Fizica actuala nu reuseste sa explice ce se intampla in interiorul unei gauri negre intrucat forta gravitazionala, calculata cu teoria lui Einstein a relativitatii generale, cea care uneste geometria spatiului si a timpului cu materia si energia, este infinita (in centru) – generand o asa-numita singularitate.

De indata ce trecem de asa-numitul orizont al evenimentelor, adica distanta fata de centru la care pentru a iesi din gaura neagra este nevoie de o viteza mai mare ca cea a luminii – din aceasta cauza ramanem prizonieri, inclusiv lumina - patrundem intr-o lume deocamdata necunoscuta, pentru care nu exista o teorie fizica la ora actuala. Se crede ca aceasta ar putea sa fie o forma a gravitatiei cuantice – dar nu avem dovezi si indicatii asupra acestei teorii, chiar daca au fost propuse mai multe variante (teoria stringurilor, teoria quantum loop).

Studiul gaurilor negre la ora actuala este facut ori prin semnalele electromagnetice, adica radiatia, generate de obiectele care cad in gaura neagra, ori prin undele gravitationale emise de coliziunea a doua gauri negre.

Ce-ar fi insa sa construim o gaura neagra in laborator? Una insa fara pericolul de a inghiti cercetatorii care o construiesc!

Ideea de a construi un model al gaurilor negre fara pericole de nici un fel, nu este noua; iata insa ca recent a fost propus un model care foloseste grafenul, acest material incredibil, care are un numar enorm de aplicatii, de la biologie la electronica, de la tehnologii cuantice si, acum, studiul gaurilor negre! Grafenul este o varianta bidimensionala a grafitului fiind format dintr-un aranjament planar (bidimensional) de atomi de carbon dispusi într-o retea hexagonala.

Un grup de cercetatori de la institutul European ETC* de la Trento, impreuna cu colegi de la un institut de nanotehnologii de la Barcellona, Universitatea din Camerino si Universitatea din Trento, vor sa construiasca un model al unei mini-gauri negre din grafen, folosind o geometrie cunoscuta sub numele de „pseudosfera lui Beltrami”. Cercetatorii au publicat recent un articol in revista 2D Materials in care descriu proiectul lor. Pseudosfera lui Beltrami este o suprafata neeuclidiana, cu proprietati particulare. Are o curbura negativa constanta, avand forma unei tropete.

Pentru a o construi este nevoie de hexagoane, heptagoane si pentagoane. Heptagoanele, cum le spune si numele, au sapte laturi si sunt cele care genereaza curbura negativa si trebuie sa fie un numar de precis sase in exces fata de numarul pentagoanelor. Raza unei astfel de preudosfere in grafen este de 73 de nanometri, fiind din punct de vedere practic foarte dificil de realizat cu milioanele de atomi care alcatuiesc acest interesant obiect.

O data construita aceasta pseudosfera aceasta reprezinta modelul unei gauri negre care simuleaza curbura spatio-temporala indusa de forta gravitationala. Cercetatorii vor studia modul in care se misca electronii in aceasta structura care are forma unei trompete.

Intr-o structura planara s-ar misca in mod perfect simetric, in preusosfera insa datorata asimetriilor induse de noua geometrie, vor avea o miscare care simuleaza asa-numita radiatie a lui Hawking, adica acea forma de radiatie cuantica care ar fi emisa de gaurile negre si care, intr-o perioada de timp mai mult sau mai putin indelungata, ar duce la evaporarea gaurii negre. Gaura neagra de grafen propuse de cercetatori simuleaza o gaura neagra reala cu temperatura de circa 16 K. Studiul acesteia ii va ajuta pe cercetatori sa faca poate un pas inainte pentru descifrarea misterului acestor obiecte extrem de fascinante – gaurile negre!

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro