研究报告了声黑洞从自发辐射向受激霍金辐射过渡

2014年和2016年，以色列Technion的Jeff Steinhauer成功地进行了两个重要的实验。第一个演示了声黑洞激光器(SBHL)中的受激霍金辐射。下一个显示来自声黑洞(SBH)的自发霍金辐射。两项实验均在纳米开尔文温度(几乎在绝对零温度下的一种极端形式的量子流体)中，在rub原子的超冷玻色-爱因斯坦凝聚物(BEC)中进行。

为了给您一些背景知识，黑洞(SBH)的声音类似物将声音捕获在单个声音事件视界(AEH)内，并发出自发的声音霍金辐射(HR)，这是比尔·恩鲁(Bill Unruh)首次提出的类似物，以表明可能验证史蒂芬·霍金的开创性想法的方法。

为了形成SBHL，声波量子声子需要在两个这样的事件视界(内部和外部)之间来回移动，并产生更多的声子，从而产生霍金辐射。在Unruh提出建议十多年后，Jacobson和Corley首次提出了这个想法。这表明要实现SBHL，应在较早的时间发生来自声波事件视界的自发辐射。自然，您希望看到在同一系统中从一个过渡到另一个。

二维声黑洞及其霍金辐射：

为了测试这种可能性，我们通过将其通过环形激光感应电势进行加速来分析和模拟相同atoms原子的准二维自旋耦合的BEC。我们进行了两项重大更改。首先，与Steinhauer的准一维系统相比，我们的系统是二维的。恩鲁(Unruh)的原始理论严格地仅在两个空间维度及更高维度上开始起作用。其次，它具有合成自旋轨道耦合。此属性使它可以在平面中沿各个方向非均匀移动并稍有旋转。

我们发现，在初始阶段，该系统形成单个声波层，显示出自发的霍金辐射。在这种情况下，移动的冷凝物密度的波动相对较弱，其行为与水中的波浪相同。在这种制度下，昂鲁(Unruh)提出的数学类比是有效的。在霍金辐射的光谱中，霍金所设想的是无特征的热分布。自旋轨道耦合增强了该频谱，而且使其在特定方向上相对更加明显。

引力类比的分解：

随着时间的流逝，凝析物中的密度变化变得更加野蛮，而Unruh提出的类比也崩溃了。然而，该系统现在开始形成第二层，在两个层之间具有强烈的空间振荡和随时间增长的密度模式，这表明形成了具有受激霍金辐射的声波黑洞激光器。辐射光谱偏离无特征的热度并形成一个明显的峰。

霍金辐射的热性质的观察是理解信息悖论的基本问题的关键。在给定的原子流体中，在一段时间内从自发跃迁到受激霍金跃迁的这种清晰过渡，引力类比和热力条件的最终崩溃，为可能使用这种类比模型研究这些基本问题提供了重要的见解。

这个故事是“ 科学X对话”的一部分，研究人员可以在其中报告其发表的研究文章中的发现。访问此页面以获取有关ScienceX Dialog以及如何参与的信息。

更多信息： Jeff Steinhauer。在自然黑洞中模拟量子霍金辐射及其纠缠，《自然物理学》(2016年)。DOI：10.1038 / nphys3863

史蒂文·科利(Steven Corley)等。黑洞激光器，《物理评论》 D(2002)。DOI：10.1103 / PhysRevD.59.124011

Jeff Steinhauer。在模拟黑洞激光器中观察自放大霍金辐射，《自然物理学》(2014年)。DOI：10.1038 / nphys3104

自旋轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚物及其模拟霍金辐射的(2 + 1)$维声波黑洞。arxiv.org/abs/1810.04860

个人简介：

Sankalpa Ghosh是德里印度理工学院(IIT)的理论物理学教授。Ghosh取得了博士学位。他从新德里贾瓦哈拉尔·尼赫鲁大学(Jawaharlal Nehru University)物理学院获得博士学位，并在加入IIT德里之前，先后在印度钦奈(印度)，以色列理工学院(以色列)和冈山大学的IMSC进行了博士后研究。他感兴趣的领域是理论凝聚态系统，特别着重于拓扑非平凡的凝聚态系统，超冷原子的量子模拟以及拓扑非平凡的凝聚态系统。

Inderpreet Kaur是一名博士学位。IIT德里的一名学生与Ghosh合作研究超冷原子。

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