O pequeno buraco negro de um cientista traz o cosmos para o laboratório


Dentro de seu laboratório em Israel, Jeff Steinhauer cria buracos negros microscópicos. Esses objetos são apenas manchas humildes, sem a força de sucção espaguetificante de uma estrela morta real. Mas Steinhauer, físico da universidade de pesquisa Technion, garante-me que os construiu matematicamente em escala. Aumente o zoom o suficiente e você verá um horizonte de eventos em miniatura restaurando o drama de um verdadeiro buraco negro.

Cada uma dessas pequenas bolhas consiste em 8.000 átomos de rubídio que Steinhauer resfriou até quase zero absoluto e depois girou com um laser. Coletivamente, os átomos pesam cerca de um milésimo de uma única bactéria.

Em um buraco negro real, a gravidade é tão forte que, quando você cruza seu horizonte de eventos, nem a luz pode escapar. A réplica de Steinhauer, tecnicamente chamada de condensado de Bose-Einstein, tem a mesma propriedade, exceto para as ondas sonoras. Depois de um limite na bolha, nenhuma vibração sônica pode escapar.

Jeff Steinhauer faz pequenos modelos em escala de buracos negros em seu laboratório com átomos de rubídio.Foto: JeffSteinhauer / Technion

Este trabalho é um exemplo de um novo tipo de experimento científico chamado simulador quântico. Os simuladores quânticos são réplicas em pequena escala de fenômenos naturais complicados, cujo comportamento obedece às regras da mecânica quântica. É o equivalente quântico da construção de um modelo de avião para prever como um jato real voaria, diz o físico Ignacio Cirac, do Instituto Max Planck de Quantum Optics.

Steinhauer, por exemplo, aprendeu com sua réplica quântica que emitia ondas sonoras análogas às ondas de luz que os buracos negros reais deveriam produzir, conhecida como radiação Hawking. Como os buracos negros reais são tão difíceis de estudar e a radiação Hawking é tão fraca, os pesquisadores nunca haviam observado a radiação no espaço sideral. Mas as ondas sonoras na simulação de Steinhauer ofereceram algum apoio a essa ideia.

Em outro experimento envolvendo bolhas de átomos frios, os físicos da Universidade de Chicago simularam um ambiente extremo diferente – como seria para uma pessoa acelerar para bilhões de g. A teoria prevê que uma pessoa que acelera tão rápido deve poder ver objetos emitindo luz, chamada radiação Unruh.

É impossível acelerar tanto uma pessoa no laboratório; por um lado, eles colidiam com as paredes quase instantaneamente. Então, os pesquisadores criaram a versão em esteira do cenário – tudo permanece no lugar, mas eles fabricam a ilusão de que o laboratório está acelerando além da bolha de átomos. "É como nos colocarmos em um simulador de vôo", diz o físico Cheng Chin, da Universidade de Chicago. "Você pensa que está dirigindo um jato, mas está realmente apenas no laboratório."