✨︎ Resumen (TL;DR):
Tres científicos del Cinvestav ayudaron a recrear un análogo de agujero negro en fibra óptica, publicando su estudio en Nature.
Por primera vez midieron la retroacción, la energía que la radiación devuelve al sistema y que causa la evaporación del agujero negro.
El experimento demostró que este brillo cuántico surge de una interacción directa y simple entre dos campos de luz.
Un equipo internacional de científicos, con participación destacada del Cinvestav en México, logró recrear un análogo de agujero negro en fibra óptica para medir por primera vez la retroacción de la radiación de Hawking, aportando evidencia experimental al mecanismo que provoca la evaporación de estos colosos cósmicos.
La investigación, publicada en la revista Nature, recreó en un laboratorio el tenue brillo cuántico que Stephen Hawking teorizó en 1974. Como observar este fenómeno directamente en el espacio es imposible con la tecnología actual, los investigadores construyeron un modelo a escala microscópica utilizando pulsos de luz láser de alta intensidad.
La radiación de Hawking es un brillo térmico teórico que emiten los agujeros negros debido a efectos cuánticos en su horizonte de sucesos, lo que provoca que pierdan masa de forma paulatina.
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Para imitar la frontera de un agujero negro, el equipo utilizó una fibra de cristal fotónico, una fina hebra de vidrio con canales de aire microscópicos. Al disparar un pulso láser ultracorto y potente (llamado pulso de bombeo), el vidrio modificó su comportamiento óptico sobre la marcha, simulando un horizonte de eventos móvil.
Cuando un segundo pulso de luz más débil intentó rebasar esta barrera, quedó atrapado. En este punto de colisión nació el análogo del agujero negro y comenzó la emisión de luz equivalente a la radiación cuántica.
La gran novedad del experimento es la detección de la retroacción, que es la pérdida de energía que sufre el sistema al generar la radiación. En el cosmos, este empujón es lo que hace que los agujeros negros se evaporen lentamente con el tiempo.
Los físicos identificaron esta pérdida de energía a través de una huella espectral asimétrica en el pulso de luz de bombeo. La interacción produjo radiación en el rango infrarrojo y una señal de energía negativa en el ultravioleta profundo, cerca de los 233 nanómetros, junto con la señal física de la retroacción.
Este hallazgo plantea nuevas preguntas teóricas, ya que el brillo térmico se mantuvo estable incluso al calcularse bajo la escala de Planck, el límite donde las leyes conocidas de la física colapsan.
El aporte mexicano fue fundamental para el éxito del proyecto. Los físicos David Bermúdez Rosales, Raúl Agüero Santacruz y Lorenzo Manuel Procopio, investigadores del Cinvestav, diseñaron el modelo matemático que describió cómo interactuaban las ondas de luz en el experimento.
Su trabajo derribó la creencia de que la radiación requería un proceso complejo de múltiples pasos ópticos. Bermúdez Rosales detalló que "su origen es una interacción elemental entre dos campos de luz". Procopio se encargó posteriormente de realizar las mediciones físicas en los laboratorios del Instituto Weizmann de Ciencias en Israel para confirmar la teoría mexicana.
La aportación destaca en el panorama científico de América Latina, donde la publicación de trabajos de física teórica y óptica en revistas de alto impacto como Nature sigue siendo poco común.
La física teórica sumó otro avance relevante de forma paralela. Un equipo de la Universidad Estatal de Pensilvania publicó un estudio donde actualizaron las leyes termodinámicas de los agujeros negros propuestos por Hawking hace 50 años.
Los investigadores Abhay Ashtekar, Daniel E. Paraizo y Jonathan Shu sustituyeron el concepto clásico de horizonte de eventos por un horizonte dinámico. Esto permite describir matemáticamente qué ocurre cuando los agujeros negros cambian de tamaño, se fusionan o se evaporan, aplicando las leyes clásicas de la termodinámica.
Ashtekar señaló que las leyes clásicas "han sido el paradigma durante 50 años, pero tienen una limitación seria", refiriéndose a que solo servían para describir agujeros negros en perfecto equilibrio estático.
El equipo del Cinvestav y el Weizmann ya planea su siguiente paso en el laboratorio: llevar el experimento al régimen cuántico para buscar el entrelazamiento entre las partículas de luz que logran escapar de la frontera artificial y las que quedan atrapadas.