Laboratorio havaitsi mustan aukon energiantuottoilmiön ilman pyörivää kohdetta

Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa havainneet Floquet-tilan rotaatiosuperradianssia laboratorio-olosuhteissa, mikä osoittaa pitkään teoreettisesti tunnetun Penrose-Zel'dovich-prosessin toimivuuden käyttämällä aika-paikkamoduloitua rengasverkkoa pyörivän mustan aukon sijaan. Tulokset, jotka julkaistiin Nature-lehdessä 8. heinäkuuta, vahvistavat, että aallot, joilla on oikeat rotaatio-ominaisuudet, voivat uuttaa energiaa pyörivästä järjestelmästä ja vahvistua.nature+2

Astrofysikaalisesta teoriasta pöytäkokeeseen

Roger Penrosen vuonna 1969 esittämä Penrose-prosessi kuvaa, kuinka energiaa voitaisiin uuttaa pyörivän mustan aukon ergosfääristä. Yakov Zel'dovich laajensi ideaa 1970-luvun alussa ennustaen, että mikä tahansa pyörivä absorboija voisi vahvistaa kulmamomenttia kantavia sähkömagneettisia aaltoja, jos kohde pyörii riittävän nopeasti. Vuosikymmenten ajan ilmiö pysyi kokeellisen tavoittamattomissa.phys+1

Uusi tutkimus, jota johtivat Hadiseh Nasari, CUNY Advanced Science Research Centerin fotoniikka-aloitteen Hady Moussa ja Andrea Alù, kiertää tarpeen fyysisesti pyörivälle kohteelle. Sen sijaan tiimi suunnitteli rengasverkon, jossa on aika-paikkamodulaatio, simuloiden rotaatiota järjestelmän ominaisuuksien tarkasti ajoitetuilla muutoksilla. Tämä Floquet-lähestymistapa mahdollisti tutkijoille sähkömagneettisten moodien superradiantin vahvistumisen havaitsemisen, mikä vahvistaa keskeisen ennusteen siitä, että pyörivä väliaine voi siirtää energiaa siroaviin aaltoihin.nature+1

Aiempiin läpimurtoihin rakentaminen

Tulokset jatkavat kokeellisen edistyksen linjaa. Vuonna 2020 Marion Cromb ja kollegat Glasgow'n yliopistosta todensivat Penrose-prosessin keskeisen piirteen käyttämällä kierrettyjä ääniaaltoja ja pyörivää vaahtomuovikiekkoa, julkaisten havaintonsa Nature Physics -lehdessä. Aiemmin tänä vuonna erillinen tiimi osoitti sähkömagneettisen "mustan aukon pommi" -epävakauden käyttämällä pyörivää metallisylinteriä ja resonaattoria, mikä vahvisti Zel'dovich-ilmiön eksponentiaalisen vahvistumisen.iflscience+4

Tänään raportoitu Floquet-lähestymistapa eroaa siten, että se poistaa mekaanisen rotaation kokonaan ja luottaa sen sijaan synteettiseen liikkeeseen, joka luodaan ajassa vaihtelevilla sähkömagneettisilla parametreilla. Tämä avaa uusia väyliä rotaatiosuperradianssin tutkimiseen kompakteissa fotoniikkajärjestelmissä.

Vaikutukset fysiikkaan ja teknologiaan

Koe yhdistää astrofysikaalisen teorian ja fotoniikan insinööritieteet. Vaikka energian uuttaminen todellisesta mustasta aukosta on edelleen kaukana nykyisistä kyvyistämme, superradianssin ymmärtäminen kontrolloiduissa olosuhteissa voi auttaa uusien vahvistimien ja generaattoreiden suunnittelussa. Tutkimus tarjoaa myös alustan syvempien kysymysten tutkimiseen aalto-aine-vuorovaikutuksista pyörivissä kehyksissä – kysymyksiä, joita tähän asti voitiin tutkia vain matematiikan ja kaukaisen tähtitieteellisen havainnoinnin avulla.