Agujeros negros en el laboratorio
Esta línea de investigación es de tipo interdisciplinar y combina aspectos de teoría cuántica de campos en espacios curvos, gravitación y física de la materia condensada.
Todo comenzó en el año 1974, cuando Stephen Hawking utilizó técnicas de la teoría de campos en espacios curvos para mostrar que los agujeros negros en realidad no son negros y que se pueden evaporar emitiendo un flujo térmico de partículas, como un horno caliente.
Aunque observar este efecto en agujeros negros formados tras el colapso gravitatorio de estrellas masivas es prácticamente imposible e inviable, sus consecuencias físicas son muy profundas, pues conducen a problemas conceptuales que se ejemplifican en la llamada paradoja de la perdida de la información. Se espera que la comprensión de esta cuestión nos guiará hacía la construcción de una teoría cuántica de la gravitación.
En el año 1981, Bill Unruh mostró que el efecto Hawking no es especifico de la gravedad. Para ello, utilizó la análogia (matemática) entre la propagación del sonido en un fluido transónico y la de la luz en un agujero negro gravitacional, para predecir que un sistema de este tipo, llamado agujero negro acústico, emite un flujo térmico de fonones (fonones de sonido, no fotones de luz) desde su horizonte acústico.
Aunque la medición de este flujo térmico de fonones à la Hawking sigue siendo un reto, nuestro grupo fue pionero en proponer una manera alternativa de medir el efecto Hawking en los laboratorios terrestres basado en medidas de correlaciones, capaces de caracterizar el mecanismo de creación de pares de partículas en ambos lados del horizonte y que lo identifica unívocamente.
Utilizando esta técnica, Jeff Steinhauer publicó (en Nature Physics en 2016 y Nature en 2019) las primeras evidencias esperimentales del efecto Hawking cuántico en un condensado de Bose-Einstein. Evidencias de su versión estimulada han sido publicadas por los grupos de Unruh/Weinfurtner y Parentani/Rousseaux en sistemas de tipo ondas de agua, y de Faccio y de Leonhardt para sistemas de óptica no lineal.
Un experimento complementario a los de Steinhauer sería muy importante para confirmar (o no) sus resultados. Además, su más reciente experimento (Nature Physics 2021) sobre la formación dinámica y evaporación de un agujero negro acústico estimula la investigación teórica en la construcción de modelos que reproduzcan sus resultados y, en particular, para comprender los detalles de la evaporación, problema muy importante también en gravedad.
