데스크톱 소닉 블랙홀에서 방출되는 호킹 복사

       

데스크톱 소닉 블랙홀에서 방출되는 호킹 복사  우주와 시간 / 과학 2014/10/18 09:00 http://blog.naver.com/hansyoo/220151416912 전용뷰어 보기 데스크톱 소닉 블랙홀에서 방출되는 호킹 복사 18:00 12 October 2014 by Lisa Grossman, NewScientist 실험실에서 구현하기에는 어려운 블랙홀 (Image: Jupe / Alamy)      빛 대신 음파를 끌어당기는 블랙홀 모델에서 양자 입자를 방출하는 것이 포착되었다. 호킹 복사 이론과 유사하다.    블랙홀은 별이나 다른 질량이 큰 물질이 붕괴하면서 물질이 극도로 응축된 상태다. 중력이 너무도 강하기 때문에 빛조차도 일정한 경계, 즉, 사건지평선(event horizon) 안에 들어서면 빠져나갈 수 없다.    물리학자들은 그래서 블랙홀이 검다고 예측했다. 그러나 1974년 캠브리지 대학의 스티븐 호킹은 블랙홀에서 희미한 입자의 빛이 방출된다고 예측했으며, 그것을 호킹 복사라고 부른다.    양자 이론에서는 기이하게도 비어 있는 우주 공간이 사실은 비어있는 것이 아니며, 입자와 그 입자의 반입자들이 부글부글 대고 있는 것이라고 말한다. 보통 이들 입자-반입자 쌍은 서로를 상쇄시켜 사라진다. 그러나 만일 입자-반입자 쌍 중의 어느 한 쪽이 블랙홀의 사건지평선 안으로 빨려들어가면, 남은 한 쪽은 자유로워지고 호킹복사 형태로 관측 가능해진다는 것이다..    실제 블랙홀에서는 이 희미한 빛이 너무 약해서 호킹의 예측을 확인할 수가 없지만, 대신 물리학자들은 사건지평선을 본뜬 인공 블랙홀을 만들었다.     새로운 지평선 2010년 밀란(Milan) 대학의 프란체스코 벨지오르노(Francesco Belgiorno)가 이끄는 연구팀은 블랙홀 모델을 만들었다. 모델 블랙홀의 사건지평선은 광섬유 케이블 내에 레이저 펄스를 이용하여 광자를 붙잡는다. 연구팀은 이것이 호킹복사를 생성한다고 주장했지만, 다른 연구원들은 실제 블랙홀 사건지평선에서 벌어지는 것과 같은 물리현상일지에 대해서 의문을 품는다.    양자 역학적 액체라면 그보다 훨씬 작은 규모라도 블랙홀 사건지평선에서와 같은 물리 현상을 흉내 낼 수 있어야 한다. 2009년 하이파의 테크니온-이스라엘 연구소의 제프 스타인호이어(Jeff Steinhauer)와 그의 동료들은 BEC(Bose-Einstein condensates, 보세-아인슈타인 응축물)로 블랙홀 모델을 만들었다. BEC란 극저온 상태의 원자 덩어리가 단 하나의 원자처럼 행동하는 물질의 양자적 상태를 말한다.    그런데 지금 이 연구팀에서 자신들이 구현한 블랙홀이 실제 블랙홀에서 예측되는 호킹복사 같은 것을 생성했다고 주장한다. 스타인호이어는 호킹의 아이디어가 실제로 들어맞음을 알려준다고 말한다. 블랙홀에서는 정말로 호킹복사가 일어나야 한다고 그는 말한다.     블랙홀 레이저    연구팀은 레이저를 하나 써서 BEC를 좁은 튜브에 가두고 또 다른 레이저로 BEC의 일부를 소리보다 빠른 속도로 가속시켰다. 이렇게 빠른 흐름(flow)은 두 개의 지평선을 만든다. 흐름이 초음파가 되는 외부지평선과 흐름이 늦어지는 내부지평선이다.    호킹 효과는 지평선에서의 양자 노이즈로부터 나온다고 캐나다 브리티시 컬럼비아 대학의 윌리엄 언루(William Unruh)는 말한다. 그는 유체 기반의 유사 블랙홀을 처음으로 제안한 사람 중의 하나다. 지평선은 음파 입자인 포논 쌍을 생성한다. 포논 하나는 지평선을 탈출하고 또 하나는 내부에 붙잡힌다.    단 하나의 포논은 너무 약해서 관측할 수 없지만, 블랙홀 내부의 포논이 내부지평선과 외부지평선 사이를 앞뒤로 반사되는데, 그렇게 오갈 때마다 더 많은 호킹 포논 생성을 유발한다. 레이저에서 빛이 증폭되는 것과 매우 비슷하다. 물리학자들이 이 효과를 블랙홀 레이저라 부른다.    호킹복사가 기하급수적으로 성장하여 스스로를 증폭한다고 스타인호이어는 말한다. 그래서 크기가 증폭되어 관측할 수 있게 된다고 한다. 앞으로는 감지기 센서의 감도를 개선하여 지금처럼 내부지평선과 외부지평선이 아닌 단 하나의 지평선에서의 복사를 감지할 수 있기를 바라는데, 그렇게 되면 포논 쌍이 서로 간에 얽힘 상태에 있는지를 알 수 있게 된다. 실제 블랙홀에서 예측되는 또 다른 특징이다.     판도를 뒤집기    영국 에든버러의 헤리오트-와트 대학 다니엘 파치오(Daniele Faccio)는 이번 연구가 매우 인상적이라고 말한다. 그는 광섬유 기반의 블랙홀을 만든 연구팀 일원이었다. 다니엘 파치오는 호킹 효과가 측정될 수 있는 블랙홀을 자신들이 처음으로 만들었다고 주장하지만, 그러나 스타인호이어의 블랙홀 모델에 비하면 달리 해석될 여지가 많음을 인정한다. 이번 연구는 기대치를 올렸으며 이제는 명확하게 양자 진공에서 생겨난 호킹 관련 효과가 있다는 증거라고 말할 수 있다고 한다. 이번 연구는 정말로 연구 판도를 바꿨다고 그는 말한다.     윌리엄 언루(William Unruh)는 다소 보수적인 입장이다. 아직은 호킹복사가 증명되었다고는 말할 수 없지만 누구보다도 문제에 근접했다고 그는 말한다. 유체 BEC와 블랙홀은 분명히 다르며, BEC에서 일어나는 효과가 블랙홀에서도 일어날 것임을 증명하는 것은 아니다. 그러나 그럴 것이라는 확신은 키워준다고 말한다. 수식과 실험 결과가 너무도 비슷하여 우연히 그렇게 될 수는 없을 것이라고 그는 말한다.   [출처] 데스크톱 소닉 블랙홀에서 방출되는 호킹 복사|작성자 HANS

- 네이버 블로그 <Physics of Dream>  hansyoo 님의 글 중에서 전재..