Partire dal suono per scoprire i buchi neri

PISA — I buchi neri funzionano come i buchi neri acustici? Ovvero: quei corpi celesti con un campo gravitazionale talmente intenso da catturare la luce somigliano a quelli che, di fatto, sono un equivalente analogico, che intrappola le onde sonore e può essere creato in un esperimento da tavolo?

Se lo è chiesto Chiara Coviello, laureata in Fisica all'Università di Pisa nel 2023 e, attualmente, al King's College di Londra per un dottorato di ricerca. Domanda che ha contribuito a stendere uno studio pubblicato poi dalla rivista Avs Quantum Science, che ha ripreso considerazioni già fatte da Coviello nella sua tesi. "Siamo entusiasti che questa fisica possa essere studiata in esperimenti attualmente realizzabili, per esempio, con atomi ultra-freddi - ha commentato Coviello - offrendo un nuovo modo per analizzare questi sistemi in un ambiente controllato".

Nel dettaglio, per capire meglio il funzionamento dei buchi neri, insieme alla professoressa Marilù Chiofalo, ai professori Dario Grasso dell'Infn di Pisa, Stefano Liberati della Sissa di Trieste e Massimo Mannarelli dei Laboratori nazionali del Gran Sasso, con la dottoressa Silvia Trabucco, dottoranda di ricerca al Gran Sasso Institute Science dopo essersi laureata in Fisica a Pisa, Coviello ha indagato appunto i buchi neri acustici.

In un'analisi teorica, hanno esplorato come generare perturbazioni simili a onde gravitazionali in un condensato di Bose-Einstein di atomi ultrafreddi, uno stato della materia in cui qualche centinaia di migliaia di atomi si comportano collettivamente come se fossero un unica grande molecola. Nello studio, i fononi si muovono come particelle senza massa in una geometria che può essere ingegnerizzata in modo da riprodurre caratteristiche di un buco nero per quanti di luce, o fotoni, cioè un buco nero astrofisico.

Negli analoghi buchi neri acustici, infatti, sono i fononi a rimanere intrappolati e al tempo stesso costituire la cosiddetta radiazione di Hawking, predetta dal celebre astrofisico Stephen Hawking per i buchi neri astrofisici. Utilizzando quanto noto sulle onde gravitazionali, le autrici e gli autori hanno sviluppato un dizionario tra buchi neri astrofisici e buchi neri acustici, per comprendere meglio gli effetti di perturbazioni simili alle onde gravitazionali sull’orizzonte acustico di un buco nero da laboratorio. 

I risultati potrebbero essere utilizzati per studiare gli effetti di dissipazione e riflessione delle perturbazioni simili alle onde gravitazionali nei buchi neri acustici. Gli autori e le autrici ritengono che ciò contribuirà a far luce sui comportamenti universali e sul ruolo delle fluttuazioni quantistiche nei buchi neri astrofisici.

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