Des physiciens de l’Université de Nottingham et de l’Université de Cambridge ont démontré pour la première fois que l’évolution des trous noirs résultant des champs qui les entourent peut être simulée dans une expérience de laboratoire. Leurs résultats sont publiés dans la revue Physical Review Letters.
Expérience de laboratoire utilisant la simulation d’un réservoir d’eau pour démontrer la rétroaction dans un trou noir analogique. Crédit photo : Université de Nottingham.
Sam Patrick, de l’école des sciences mathématiques de l’université de Nottingham, et ses collègues ont utilisé un simulateur de réservoir d’eau constitué d’un vortex de vidange, comme celui qui se forme lorsque nous débranchons la baignoire. Cela imite un trou noir puisqu’une onde qui s’approche trop près de la vidange est entraînée dans le trou de la bonde, incapable de s’échapper.
Les systèmes de ce type sont devenus de plus en plus populaires au cours de la dernière décennie comme moyen de tester les phénomènes gravitationnels dans un environnement de laboratoire contrôlé. En particulier, le rayonnement de Hawking a été observé dans une expérience de trou noir analogue impliquant l’optique quantique.
En utilisant cette technique, les chercheurs ont montré pour la première fois que lorsque des ondes sont envoyées dans un trou noir analogue, les propriétés du trou noir lui-même peuvent changer de manière significative.
Le mécanisme qui sous-tend cet effet dans leur expérience particulière a une explication remarquablement simple.
Lorsque les vagues s’approchent du drain, elles poussent effectivement plus d’eau dans le trou du bouchon, ce qui entraîne une diminution de la quantité totale d’eau contenue dans le réservoir.
Il en résulte un changement de la hauteur de l’eau, qui dans la simulation correspond à un changement des propriétés du trou noir.
“Pendant longtemps, on ne savait pas si la réaction en retour entraînerait des changements mesurables dans des systèmes analogues où le flux de fluide est entraîné, par exemple, à l’aide d’une pompe à eau”, a déclaré le Dr Patrick.
“Nous avons démontré que les trous noirs analogiques, comme leurs homologues gravitationnels, sont des systèmes intrinsèquement rétro-réactifs.”
“Nous avons montré que les ondes qui se déplacent dans une baignoire en train de se vider poussent l’eau vers le trou de la bonde, ce qui modifie de manière significative la vitesse de vidange et, par conséquent, l’attraction gravitationnelle effective du trou noir analogue.”
“Ce qui nous a vraiment frappés, c’est que la réaction en retour est suffisamment importante pour faire baisser la hauteur de l’eau dans l’ensemble du système, à tel point qu’on peut le voir à l’œil ! C’était vraiment inattendu”, a-t-il noté.
“Notre étude ouvre la voie à l’étude expérimentale des interactions entre les ondes et les espaces qu’elles traversent. Par exemple, ce type d’interaction sera crucial pour étudier l’évaporation des trous noirs en laboratoire.”
L’équipe prévoit maintenant d’utiliser des simulateurs quantiques pour imiter les conditions extrêmes de l’Univers primitif et des trous noirs.
