Erste Beobachtung von Hawking-Strahlung

Seit einiger Zeit scannen Astronomen den Himmel auf der Suche nach Anzeichen von Hawking-Strahlung. Bisher haben sie sich nichts ausgedacht.

Heute sieht es so aus, als ob sie von einer Gruppe von Physikern geschlagen worden wären, die behaupten, in ihrem Labor Hawking-Strahlung erzeugt zu haben. Diese Jungs gehen davon aus, dass sie Hawking-Strahlung auf wiederholbare und eindeutige Weise erzeugen können, was Hawkings Vorhersage endgültig bestätigt. So haben sie es gemacht.

Physiker haben seit langem erkannt, dass der Weltraum im kleinsten Maßstab von einem brodelnden Gewirr von Teilchen erfüllt ist, die in die Existenz springen und wieder verschwinden. Diese Teilchen bilden sich als Teilchen-Antiteilchen-Paare und vernichten sich schnell, indem sie ihre Energie an das Vakuum zurückgeben.



Hawkings Vorhersage entstand aus dem Nachdenken darüber, was mit Teilchenpaaren passieren könnte, die sich am Rand eines Schwarzen Lochs bilden. Er erkannte, dass wenn einer der beiden den Ereignishorizont überqueren würde, er nie zurückkehren konnte. Aber der Partner auf der anderen Seite wäre frei zu gehen.

Für einen Beobachter würde es aussehen, als würde das Schwarze Loch einen konstanten Strom von Quantenteilchen erzeugen, der als Hawking-Strahlung bekannt wurde.

Seitdem haben andere Physiker darauf hingewiesen, dass Schwarze Löcher nicht der einzige Ort sind, an dem sich Ereignishorizonte bilden können. Jedes Medium, in dem sich Wellen ausbreiten, kann einen Ereignishorizont unterstützen und theoretisch sollte es auch in diesen Medien möglich sein, Hawking-Strahlung zu sehen.

Heute sagen Franco Belgiorno von der Universität Mailand und ein paar Freunde, dass sie Hawking-Strahlung erzeugt haben, indem sie einen intensiven Laserpuls durch ein sogenanntes nichtlineares Material feuern, dh eines, in dem das Licht selbst den Brechungsindex des Mediums ändert.

Wenn sich der Puls durch das Material bewegt, ändert sich auch der Brechungsindex, wodurch eine Art Bogenwelle entsteht, bei der der Brechungsindex viel höher ist als der des umgebenden Materials.

Diese Erhöhung des Brechungsindex führt dazu, dass jegliches Licht, das in ihn eindringt, verlangsamt wird. Durch die Wahl entsprechender Bedingungen sei es möglich, die Lichtwellen zum Erliegen zu bringen, sagen Belgiono und Co. Dies erzeugt einen Horizont, über den kein Licht eindringen kann, was Physiker einen Ereignishorizont für weiße Löcher nennen, die Umkehrung eines Schwarzen Lochs.

Weiße Löcher unterscheiden sich nicht so sehr von Schwarzen Löchern (eigentlich argumentiert Hawking, dass sie formal gleichwertig sind). Und es ist nicht schwer, sich vorzustellen, was mit Teilchenpaaren passiert, die sich an dieser Art von Horizont bilden. Wenn eines der Paare den Horizont überquert, kommt es nicht weiter und wird gefangen. Der andere ist frei zu gehen. Der Horizont sollte also so aussehen, als würde er Quantenteilchen erzeugen.

Es ist diese Strahlung, die Belgiorno und Co. nach eigenen Angaben von der Seite gesehen haben, wie ein Hochleistungs-Infrarotlaserpuls durch einen Klumpen Quarzglas pflügt. Ihr Puls hat eine Frequenz von 1055 nm, aber das Licht, das sie im rechten Winkel ausgestrahlt sehen, hat eine Wellenlänge von etwa 850 nm.

Die große Frage ist natürlich, ob das emittierte Licht durch einen anderen Mechanismus wie Cerenkov-Strahlung, Streuung oder insbesondere Fluoreszenz erzeugt wird, die am schwersten auszuschließen ist.

Belgiorno und seine Freunde sagen jedoch, dass sie all diese Lichtquellen für die Strahlung, die sie sehen, ausschließen können. Insbesondere weisen sie darauf hin, dass das Fluoreszenzlicht gut charakterisiert ist und sich in vielerlei Hinsicht von den Emissionen unterscheidet, die sie sehen. Daher müssen sie Hawking-Strahlung sehen, schließen sie.

Das ist eine erstaunliche Behauptung und eine, die viele Physiker übergießen möchten, bevor sie Champagnerkorken knallen lassen.

Warum ist es wichtig? Ein Grund dafür ist, dass Hawking-Strahlung der einzige bekannte Weg ist, auf dem Schwarze Löcher verdampfen können, und daher wird ein Beweis ihrer Existenz tiefgreifende Auswirkungen auf die Kosmologie und das Ende des Universums haben.

Und jetzt, da es einmal beobachtet wurde, erwarten Sie eine Reihe anderer Ankündigungen, während die Forscher versuchen, das Ergebnis zu wiederholen.

Ref: arxiv.org/abs/1009.4634 : Hawking-Strahlung von ultrakurzen Laserpulsfilamenten

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