La théorie du champ quantique (QFT) est un cadre physique qui décrit comment les particules et les forces se comportent en fonction des principes enracinés dans la mécanique quantique et la théorie de la relativité spéciale d'Albert Einstein. Ce cadre prédit l'émergence de divers effets remarquables dans les espace-temps incurvés, y compris le rayonnement de colportage.
Le rayonnement de colportage est le rayonnement thermique théorisé pour être émis par des trous noirs près de l'horizon de l'événement (c'est-à-dire la frontière autour d'un trou noir après quoi la gravité devient trop forte pour que tout s'échappe). Comme la constatation de l'existence du rayonnement de colportage et le test d'autres prédictions QFT dans l'espace est actuellement impossible, les physiciens ont essayé d'identifier les systèmes physiques qui pourraient imiter les aspects des espace-temps incurvés dans des contextes expérimentaux.
Des chercheurs de l'Université de Sorbonne ont récemment identifié une nouvelle plate-forme expérimentale prometteuse pour simuler QFT et tester ses prévisions. Leur simulateur QFT proposé, décrit dans un article publié dans Lettres d'examen physiquese compose d'un liquide quantique unidimensionnel fait de polaritons, de quasiparticules qui émergent de fortes interactions entre les photons (c'est-à-dire, les particules légères) et les excitons (c.-à-d. Des paires liées d'électrons et de trous dans les semi-conducteurs).
« Notre travail fait partie du doctorat de Kévin Falque. thèse et efforts continus dans notre groupe pour étudier les prédictions de QFT avec des expériences de laboratoire, » Maxime J. Jacquet, auteur co-Senior du journal, a déclaré à Issues.fr. « Lorsque nous avons commencé le projet, il n'existait qu'une seule preuve de principe (par un autre groupe) que des géométries de trou noir non rotantes pouvaient être créées avec des fluides polaritoniques de lumière, et des simulations numériques ont montré que l'effet de colportage de cette expérience serait faible. »
Après avoir exécuté des simulations numériques, Falque, Jacquet et leurs collègues ont pu identifier des conditions qui pourraient être mieux adaptées à la réalisation de l'effet de colportage dans les contextes expérimentaux. Dans le cadre de leur étude récente, Falque, qui était un doctorat. L'étudiant à l'Université de Sorbonne à l'époque a mis en œuvre ces conditions dans le laboratoire pour déterminer leur potentiel de simulation de QFT.
« Dans l'expérience, nous avons non seulement montré qu'il pouvait créer un horizon avec le liquide de polariton, mais aussi que nous pouvions mesurer le spectre du petit champ d'excitation d'amplitude (qui simule en fait le champ quantique) à l'extérieur et à l'intérieur, » a expliqué Falque, premier auteur du journal.
« Notamment, nous avons montré que la dispersion (le fait que la fréquence d'oscillation des ondes dépend de leur longueur d'onde non linéaire) et de l'effet Doppler (la modification de la fréquence par le fluide fluide) conspire ensemble pour créer des ondes d'énergie négatives à l'intérieur de l'horizon. Leur existence est un ingrédient clé de la recette de l'effet de colportage. »
Les chercheurs ont constaté qu'ils étaient capables de manipuler précisément le liquide de polariton qu'ils ont créé pour produire différentes géométries d'horizon. Il s'agit d'une réalisation remarquable et sans précédent, qui permet aux physiciens théoriques de tester les prédictions QFT avec différentes configurations d'horizon.
« Dans l'expérience, nous générons, manipulons et mesurons les photons: ils pompent la cavité pour créer le liquide, qui finit par se désintègrer en photons qui sortent de la cavité que nous pouvons mesurer, » a déclaré Alberto Bramati, chef de l'équipe de l'Université de Sorbonne. « Ce contrôle tout optique est très flexible. »
Cette étude récente met en évidence le potentiel des fluides polaritoniques de lumière pour étudier les trous noirs et leur physique sous-jacente. À l'avenir, la configuration fluide et expérimentale utilisée par Falque, Jacquet, Bramati et leurs collègues pourraient être utilisées pour recréer le rayonnement de colportage en laboratoire et étudier les effets mécaniques quantiques qui y sont associés.
« Premièrement, la création d'un horizon n'est pas une mince affaire, seule une poignée d'autres systèmes expérimentaux ont démontré leur capacité à ce jour, avec plus à venir, espérons-le, » dit Jacquet. « Deuxièmement, la capacité à affiner la géométrie de l'horizon (à quel point elle est raide et aussi pour déformer l'espace-temps autour) est totalement nouveau et très intéressant à la fois pour les expérimentateurs (nous pouvons augmenter la force de l'effet de colportage) et les théoriciens (qui peuvent tester QFT dans des régimes non disponibles auparavant).
« Troisièmement, la très haute résolution que Kévin a obtenue dans ses mesures spectrales est très prometteuse en termes d'expériences futures dans lesquelles les variations de l'effet de colportage en fonction de la fréquence pourraient être étudiées. »
Ces travaux récents pourraient bientôt inspirer d'autres groupes de recherche à commencer à utiliser des fluides de polariton similaires pour simuler les phénomènes physiques prédits par QFT. Dans le cadre de leurs prochaines études, Falque, Jacquet, Bramati et leurs collègues prévoient d'utiliser leur plate-forme expérimentale nouvellement proposée pour observer et étudier l'effet Hawking, en s'appuyant sur les données préliminaires prometteuses qu'ils ont collectées.
« Mesurer la génération d'enchevêtrement par l'effet Hawking est un objectif majeur pour nos recherches futures, » Ajout de falque et de bramati. « De plus, nous voulons utiliser l'accordabilité de la plate-forme pour étudier expérimentalement comment l'effet de colportage réagit à diverses modifications que nous pouvons apporter à l'espace-temps (pente de l'horizon, petites modifications de l'espace-temps à l'intérieur ou à l'extérieur de l'horizon).
« À l'avenir, nous aimerions également créer des géométries de trou noir rotatif pour voir comment l'intrication entre les paires de colportage se comporte lorsque d'autres phénomènes d'amplification (prévus avec la rotation) se produisent également. »
Écrit pour vous par notre auteur Ingrid Fadelli, édité par Lisa Lock, et vérifié et examiné par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
