Le physicien théoricien Joshua Foo de l’Université du Queensland et ses collègues de l’Université du Queensland, du Perimeter Institute et de l’Université de Waterloo ont effectué des calculs qui ont révélé des phénomènes quantiques surprenants liés aux trous noirs.
Foo et al. analysent la dynamique d’un détecteur dans un espace-temps généré par un trou noir dans une superposition de masses. Crédit image : Sci.News.
Les trous noirs continuent de captiver les physiciens issus d’horizons divers, allant de la cosmologie et de la physique des astroparticules à la théorie quantique des champs et à la relativité générale.
En raison des environnements gravitationnels extrêmes qu’ils génèrent, ces objets compacts sont considérés comme des candidats de choix pour étudier les régimes dans lesquels les effets de la gravité quantique sont présents.
En effet, les découvertes du rayonnement de Hawking et de l’évaporation des trous noirs ont donné naissance au célèbre paradoxe de l’information et à tout un domaine qui cherche à le résoudre, ce qui illustre bien les conflits existants entre la théorie quantique et la relativité générale.
Les physiciens théoriques ont récemment reconnu qu’une théorie complète de la gravité quantique doit tenir compte du traitement des trous noirs en tant qu’objets quantiques.
“Les trous noirs sont une caractéristique incroyablement unique et fascinante de notre Univers”, a déclaré Foo, premier auteur d’un article publié dans la revue .Physical Review Letters.
“Ils sont créés lorsque la gravité comprime une grande quantité de matière de manière incroyablement dense dans un espace minuscule, créant une telle force gravitationnelle que même la lumière ne peut s’en échapper.”
“Mais, jusqu’à présent, nous n’avons pas cherché à savoir si les trous noirs présentent certains des comportements étranges et merveilleux de la physique quantique.”
“L’un de ces comportements est la superposition, où les particules à l’échelle quantique peuvent exister dans plusieurs états en même temps”, a-t-il déclaré.
“Cela est le plus souvent illustré par le chat de Schrödinger, qui peut être à la fois mort et vivant simultanément.”
“Mais, pour les trous noirs, nous voulions voir s’ils pouvaient avoir des masses sauvagement différentes en même temps, et il s’avère qu’ils le font.”
“Imaginez que vous êtes à la fois large et grand, ainsi que petit et maigre en même temps – c’est une situation qui est intuitivement déroutante puisque nous sommes ancrés dans le monde de la physique traditionnelle. Mais c’est la réalité pour les trous noirs quantiques.”
Pour révéler cela, Foo et ses coauteurs ont développé un cadre mathématique permettant de ” placer ” une particule à l’extérieur d’un trou noir théorique superposé à la masse.
La masse a été examinée spécifiquement, car elle est une caractéristique déterminante d’un trou noir, et comme il est plausible que les trous noirs quantiques aient naturellement une superposition de masse.
“Notre recherche renforce en fait les conjectures soulevées par les pionniers de la physique quantique”, a déclaré le co-auteur, le Dr Magdalena Zych, physicienne à l’Université du Queensland.
“Ces travaux montrent que les toutes premières théories de Jacob Bekenstein, un physicien théoricien américain et israélien qui a apporté des contributions fondamentales aux fondements de la thermodynamique des trous noirs, étaient dans le vrai.”
“Il a postulé que les trous noirs ne peuvent avoir que des masses de certaines valeurs, c’est-à-dire qu’elles doivent se situer dans certaines bandes ou rapports – c’est ainsi que fonctionnent les niveaux d’énergie d’un atome, par exemple.”
“Notre modélisation a montré que ces masses superposées étaient, en fait, dans certaines bandes ou rapports déterminés – comme prédit par Bekenstein.”
“Nous n’avions pas supposé un tel modèle au départ, donc le fait que nous ayons trouvé cette preuve était assez surprenant.”
“L’Univers nous révèle qu’il est toujours plus étrange, mystérieux et fascinant que la plupart d’entre nous n’auraient jamais pu l’imaginer.”
