I buchi neri sono regioni dello spazio-tempo con enormi quantità di gravità. Gli scienziati inizialmente pensavano che nulla potesse sfuggire ai confini di questi enormi oggetti, compresa la luce.

La natura precisa dei buchi neri è stata messa in discussione da quando la teoria della relatività generale di Albert Einstein ha dato origine alla possibilità della loro esistenza. Tra le scoperte più famose c'era la previsione del fisico inglese Stephen Hawking secondo cui alcune particelle vengono effettivamente emesse ai margini di un buco nero.

I fisici hanno anche esplorato il funzionamento dei vuoti. All'inizio degli anni Settanta, mentre Hawking descriveva come la luce può sfuggire all'attrazione gravitazionale di un buco nero, Il fisico canadese William Unruh propose che un fotorilevatore accelerato abbastanza velocemente potesse "vedere" la luce nel vuoto.

Una nuova ricerca di Dartmouth fa avanzare queste teorie descrivendo in dettaglio un modo per produrre e rilevare la luce che in precedenza si pensava fosse inosservabile.

"Nel senso quotidiano, i risultati sembrano suggerire sorprendentemente la capacità di produrre luce dal vuoto vuoto, "dice Miles Blendowe, Eleanor e A. Kelvin Smith Distinguished Professor in Fisica e ricercatore senior dello studio. "Abbiamo, in sostanza, prodotto qualcosa dal nulla; il pensiero di questo è semplicemente molto bello."

Nella fisica classica, il vuoto è pensato come assenza di materia, leggero, ed energia. Nella fisica quantistica, il vuoto non è così vuoto, ma pieni di fotoni che fluttuano dentro e fuori dall'esistenza. Però, tale luce è praticamente impossibile da misurare.

Con la scienza che già dimostra che l'osservazione della luce nel vuoto è possibile, il team ha cercato di trovare un modo praticabile per rilevare i fotoni.

La teoria, pubblicato in Fisica delle comunicazioni , predice che le imperfezioni a base di azoto in una membrana di diamante in rapida accelerazione possono rendere il rilevamento.

Nell'esperimento proposto, un diamante sintetico delle dimensioni di un francobollo contenente i rilevatori di luce a base di azoto è sospeso in una scatola di metallo super raffreddata che crea un vuoto. La membrana, che si comporta come un trampolino legato, è accelerato a ritmi massicci.

"Il moto del diamante produce fotoni, "dice Hui Wang, Guarini '21, un ricercatore post-dottorato che ha scritto il documento teorico come studente laureato. "In sostanza, tutto quello che devi fare è scuotere qualcosa abbastanza violentemente da produrre fotoni entangled."

Lo studio, che è stato sostenuto dalla National Science Foundation, è il primo ad esplorare utilizzando più rilevatori di fotoni, i difetti del diamante, per amplificare l'accelerazione e aumentare la sensibilità di rilevamento. L'oscillazione del diamante consente inoltre all'esperimento di svolgersi in uno spazio controllabile a intensi tassi di accelerazione.

"I fotoni rilevati dal diamante sono prodotti in coppia, " dice Hui. "Questa produzione di coppia, i fotoni entangled sono la prova che i fotoni sono prodotti nel vuoto e non da un'altra fonte".

La luce rilevata esiste nella frequenza delle microonde, quindi non è visibile all'occhio umano, ma Blencowe e Wang sperano che il lavoro aggiunga alla comprensione delle forze fisiche che contribuisce alla società nel modo in cui ha fatto altre ricerche teoriche. In particolare, il lavoro potrebbe aiutare a gettare luce sperimentale sulla previsione di Hawking per l'irradiazione di buchi neri attraverso la lente della ricerca di Einstein.

"Parte della responsabilità e della gioia di essere teorici come noi è di mettere in circolazione idee, " dice Blencowe. "Stiamo cercando di dimostrare che è fattibile fare questo esperimento, per testare qualcosa che è stato fino ad ora straordinariamente difficile."