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Los horizontes de eventos son fábricas sintonizables de entrelazamiento cuántico

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Los horizontes de eventos son fábricas sintonizables de entrelazamiento cuántico

Representación artística de sistemas ópticos que contienen el análogo de un agujero blanco-negro. Crédito: Anthony Brady, graduado de doctorado en 2021, investigador posdoctoral en la Universidad de Arizona

Los físicos de la Universidad Estatal de Luisiana han aprovechado las técnicas de la teoría de la información cuántica para revelar un mecanismo para amplificar o «impulsar» la producción de entrelazamiento en el efecto Hawking de forma controlada. Además, estos científicos proponen un protocolo para probar esta idea en el laboratorio utilizando horizontes de eventos producidos artificialmente. Estos resultados fueron publicados recientemente en Cartas de exploración física«Aspectos cuánticos de la radiación de Hawking estimulada en un par analógico de agujeros blancos y negros», donde Ivan Agullo, Anthony J. Brady y Dimitrios Kranas presentan estas ideas y las aplican a sistemas ópticos que contienen el análogo de un par de agujeros blancos y negros.


Los agujeros negros se encuentran entre los objetos más desconcertantes de nuestro universo, en gran parte porque su funcionamiento interno está oculto detrás de un velo completamente oscuro, el horizonte de eventos del agujero negro.

En 1974, Stephen Hawking agregó más mística al carácter de los agujeros negros al mostrar que una vez efectos cuánticos se consideran, un agujero negro no es realmente negro en absoluto sino que, en cambio, emite radiación, como si fuera un cuerpo caliente, perdiendo masa gradualmente en el llamado «proceso de ‘evaporación de Hawking'». Además, los cálculos de Hawking mostraron que la radiación emitida está entrelazada mecánicamente cuánticamente con las entrañas del propio agujero negro. Este entrelazamiento es la firma cuántica del efecto Hawking. Este sorprendente resultado es difícil, si no imposible, de probar en agujeros negros astrofísicos, porque la débil radiación de Hawking es eclipsada por otras fuentes de radiación en el cosmos.

En cambio, en la década de 1980, una artículo fundamental de William Unruh estableció que la producción espontánea de partículas de Hawking entrelazadas ocurre en cualquier sistema que pueda soportar un horizonte de eventos eficiente. Dichos sistemas generalmente caen dentro de los «sistemas de gravedad analógicos» y abrieron una ventana para probar las ideas de Hawking en el laboratorio.

Hace más de una década que se llevan a cabo investigaciones experimentales serias sobre sistemas de gravedad analógicos, compuestos por condensados ​​de Bose-Einstein, fibra óptica no lineal o incluso agua corriente. La radiación de Hawking estimulada y generada espontáneamente se ha observado recientemente en varias plataformas, pero la medición del enredo ha resultado difícil de alcanzar debido a su naturaleza débil y frágil.

«Demostramos que al iluminar el horizonte, u horizontes, con estados cuánticos elegidos apropiadamente, uno puede amplificar de manera sintonizable la producción de entrelazamiento en el proceso de Hawking», dijo el profesor asociado Ivan Agullo. «A modo de ejemplo, aplicamos estas ideas al caso concreto de un par de agujeros analógicos blancos y negros que comparten un interior y se producen en un material óptico no lineal».

«Muchas de las herramientas de información cuántica utilizadas en esta investigación provienen de mi investigación de posgrado con el profesor Jonathan P. Dowling», dijo Anthony Brady, ex alumno de doctorado de 2021, investigador posdoctoral en la Universidad de Arizona. «Jon era un personaje carismático y aportó su carisma y su falta de convencionalismo a su ciencia, así como sus consejos. Me animó a trabajar en ideas extravagantes, como agujeros negros analógicos, y ver si podía fusionar técnicas de varias áreas de la física, como la información cuántica y la gravedad analógica, para producir algo nuevo, o «bonito», como le gustaba decir».

«El proceso de Hawking es uno de los fenómenos físicos más ricos que conecta áreas aparentemente no relacionadas de la física, desde la teoría cuántica hasta la termodinámica y la relatividad», dijo el estudiante graduado de LSU, Dimitrios Kranas. «Los agujeros negros analógicos han agregado un sabor adicional al efecto, al mismo tiempo que nos brindan la emocionante oportunidad de probarlo en el laboratorio. Nuestro análisis numérico detallado nos permite probar nuevas características del proceso de Hawking, lo que nos ayuda a comprender mejor las similitudes. y diferencias entre astrofísica y analógica agujeros negros


Láseres de agujero negro de circuito cuántico para explorar la radiación de Hawking


Más información:
Ivan Agullo et al, Aspectos cuánticos de la radiación de Hawking estimulada en un par de agujeros blancos-negros analógicos ópticos, Cartas de exploración física (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.091301

Cita: Event Horizons are Tunable Factories of Quantum Entanglement (4 de marzo de 2022) Consultado el 6 de marzo de 2022 en https://phys.org/news/2022-03-event-horizons-tunable-factories-quantum.html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Excepto para el uso justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente a título informativo.

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Los astrónomos creen haber comprendido cómo y cuándo se formó la mancha roja de Júpiter

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Los astrónomos creen haber comprendido cómo y cuándo se formó la mancha roja de Júpiter
Agrandar / Imagen mejorada de Juno de la Gran Mancha Roja de Júpiter en 2018. Probablemente no sea la misma que la observada por Cassini en el siglo XVII.

El planeta Júpiter es particularmente conocido por su Gran Mancha Roja, un vórtice giratorio en la atmósfera del gigante gaseoso que existe desde al menos 1831. Pero cómo se formó y su edad siguen siendo temas de debate. Los astrónomos del siglo XVII, incluidos Giovanni Cassini, también informaron de un punto similar en sus observaciones de Júpiter, al que denominaron «punto permanente». Esto llevó a los científicos a preguntarse si el lugar observado por Cassini era el mismo que vemos hoy. Ahora tenemos la respuesta a esta pregunta: las manchas no son iguales, según un nuevo papel publicado en la revista Geophysical Research Letters.

«A partir de mediciones de tamaños y movimientos, dedujimos que es muy poco probable que la Gran Mancha Roja actual sea la 'Mancha Permanente' observada por Cassini», dijo el coautor Agustín Sánchez-Lavega de la Universidad del País Vasco en Bilbao, España. «La 'Mancha Permanente' probablemente desapareció entre mediados del siglo XVIII y XIX. En este caso, ahora podemos decir que la longevidad de la Mancha Roja supera los 190 años».

El planeta Júpiter era conocido por los astrónomos babilónicos de los siglos VII y VIII a. C., así como por los antiguos astrónomos chinos; Las observaciones de este último darían lugar finalmente al zodíaco chino en el siglo IV a. C., con su ciclo de 12 años basado en la órbita del gigante gaseoso alrededor del Sol. En 1610, ayudado por la aparición de los telescopios, Galileo Galilei observó las cuatro lunas más grandes de Júpiter, reforzando así el modelo heliocéntrico copernicano del sistema solar.

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(a) Pintura de Júpiter de 1711 de Donato Creti que muestra la mancha rojiza permanente.  (b) 2 de noviembre de 1880, dibujo de Júpiter realizado por EL Trouvelot.  (c) 28 de noviembre de 1881, dibujo de TG Elger.
Agrandar / (a) Pintura de Júpiter de 1711 de Donato Creti que muestra la mancha rojiza permanente. (b) 2 de noviembre de 1880, dibujo de Júpiter realizado por EL Trouvelot. (c) 28 de noviembre de 1881, dibujo de TG Elger.

Dominio publico

Es posible que Robert Hooke observara el «punto permanente» ya en 1664, seguido por Cassini un año después y varias otras observaciones hasta 1708. Luego desapareció de los registros astronómicos. Un farmacéutico llamado Heinrich Schwabe hizo el primer dibujo conocido de la mancha roja en 1831, y en 1878 volvió a ser muy prominente en las observaciones de Júpiter, desapareciendo nuevamente en 1883 y principios del siglo XX.

Quizás el lugar no sea el mismo…

¿Pero era ésta la misma mancha permanente que había observado Cassini? Sánchez-Lavega y sus coautores se propusieron responder a esta pregunta, revisando fuentes históricas, incluidas las notas y dibujos de Cassini del siglo XVII, así como observaciones astronómicas más recientes, y cuantificando los resultados. Hicieron una medición año tras año del tamaño, elipticidad, área y movimientos de la Mancha Permanente y la Gran Mancha Roja, desde los primeros avistamientos registrados hasta el siglo XXI.

El equipo también realizó varias simulaciones numéricas por computadora probando diferentes modelos del comportamiento de los vórtices en la atmósfera de Júpiter, que probablemente sean la causa de la Gran Mancha Roja. Es esencialmente una tormenta anticiclónica masiva y persistente. En uno de los modelos probados por los autores, la mancha se forma después de una gran tormenta. Alternativamente, varios vórtices más pequeños creados por la cizalladura del viento podrían haberse fusionado, o podría haber habido inestabilidad en las corrientes de viento del planeta que dieron como resultado una célula atmosférica alargada y con forma de punto.

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Sánchez-Lavega et al. Llegó a la conclusión de que la Mancha Roja actual probablemente no sea la misma que observaron Cassini y otros en el siglo XVII. Argumentan que la mancha permanente había desaparecido a principios del siglo XVIII y que en el siglo XIX se había formado una nueva mancha, la que vemos hoy, por lo que tiene más de 190 años.

Comparación entre la Mancha Permanente y la Gran Mancha Roja actual.  (a) Diciembre de 1690. (b) Enero de 1691. (c) 19 de enero de 1672. (d) 10 de agosto de 2023.
Agrandar / Comparación entre la Mancha Permanente y la Gran Mancha Roja actual. (a) Diciembre de 1690. (b) Enero de 1691. (c) 19 de enero de 1672. (d) 10 de agosto de 2023.

Dominio público/Eric Sussenbach

¿Pero tal vez ese sea el caso?

Otros, como el astrónomo Scott Bolton, del Southwest Research Institute de Texas, no están convencidos de esta conclusión. “Lo que creo que podemos ver no es tanto que la tormenta se haya alejado y haya llegado una nueva casi al mismo lugar”, añadió. le dijo a New Scientist. «Sería una gran coincidencia si esto sucediera exactamente en la misma latitud, o incluso en una latitud similar. Podría ser que lo que en realidad estemos observando sea la evolución de la tormenta».

Las simulaciones numéricas excluyeron el modelo de fusión de vórtices para la formación de la mancha; es mucho más probable que esto se deba a que las corrientes de viento producen una capa atmosférica alargada. Además, en 1879 la Mancha Roja medía aproximadamente 24.200 millas (39.000 kilómetros) en su eje más largo y hoy mide aproximadamente 8.700 millas (14.000 kilómetros). Así, en las décadas siguientes, la mancha se redujo y se volvió más redonda. Las observaciones más recientes de la misión Juno también revelaron que la mancha es delgada y poco profunda.

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La cuestión de por qué la Gran Mancha Roja se está reduciendo sigue siendo un tema de debate. El equipo planea realizar más simulaciones destinadas a replicar la dinámica de contracción y predecir si la mancha se estabilizará en un cierto tamaño y permanecerá estable o eventualmente desaparecerá, como probablemente sucedió con la mancha permanente de Cassini.

Cartas de investigación geofísica, 2024. DOI: 10.1029/2024GL108993 (Acerca de los DOI).

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Superficie: lo que se puede comprar por unos 1.250.000 dólares

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Superficie: lo que se puede comprar por unos 1.250.000 dólares

Llegar

O: 24824 Carretera estadounidense 93

Premio: $1.250.000

Qué: Casa de dos dormitorios y dos baños.

Pies cuadrados: 1.300

Ubicada sobre el lago Flathead, esta casa renovada con buen gusto ofrece impresionantes vistas del lago, las montañas Mission y la isla Wild Horse. Disfrute de 113 pies de frente al lago, que incluyen un muelle con estructura de metal, un elevador para botes, una playa privada y un afloramiento de roca natural. La casa también tiene una gran terraza y un balcón. Frontera occidental de Engel & Volkers

Número MLS: 30028614

tenedor grande

O: 740 Wolf Creek Drive.

Premio: $1,295,000

Qué: Casa de tres dormitorios y tres baños.

Pies cuadrados: 3.012

Este retiro abierto durante todo el año está ubicado en 3,14 acres en un entorno privado con 581 pies de frente al río Swan. La casa tiene un plano de planta abierto, techos abovedados y grandes ventanales que ofrecen vistas panorámicas al río. También cuenta con una chimenea rústica de leña y un altillo elevado con una acogedora zona de estar. Glaciar Sotheby's International Realty

Número MLS: 30028172

kalispell

O: 344 Aguas sin gas Lp.

Premio: $1,275,000

Qué: Casa de cinco dormitorios y cinco baños.

Pies cuadrados: 3.840

Esta casa se encuentra en un lote grande con un ambiente campestre y grandes vistas, pero aún está cerca de todas las comodidades de Kalispell. Cuenta con un diseño cómodo y buscado con una nueva cocina gourmet ideal para el entretenimiento. La propiedad cuenta con un muelle privado en el río Stillwater, perfecto para nadar, pasear en bote y pescar. Rével Immobilier

Número MLS: 30026866

kalispell

O: 152 Unidad con vista al río.

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Premio: $1,275,000

Qué: Casa de cuatro dormitorios y cuatro baños.

Pies cuadrados: 5.502

Ubicada en River View Greens, uno de los vecindarios más atractivos en el corazón de Kalispell, esta impresionante casa hecha a medida está ubicada en el octavo tee del campo de golf Buffalo Hill. Cuenta con techos altos, ventanales y una cocina de concepto abierto con encimeras de granito. La casa también incluye dos espacios de oficina y un garaje climatizado para tres coches. RE/MAX Vista al río

Número MLS: 30020184

Romy Caro, agente de PureWest Real Estate, ha sido agente de bienes raíces desde 2004. Su experiencia incluye la venta de propiedades residenciales, terrenos, frente al mar, vacacionales y recreativas. Ya sea que esté listo ahora o simplemente esté considerando tomar decisiones inmobiliarias, comuníquese con Romy al [email protected].

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