Un grup de cercetători a propus construirea unui model al găurilor negre în laborator cu ajutorul grafenului, pentru a studia ce se întâmplă în apropierea aşa-numitului orizont al evenimentelor şi, poate, pentru a face un pas înainte spre o nouă teorie cuantică a gravitaţiei.

Găurile negre reprezintă un mister impenetrabil, un loc unde, dacă intri, nu mai poţi ieşi. Fizica actuală nu reuşeşte să explice ce se întâmplă în interiorul unei găuri negre întrucât forţa gravitaţională, calculată cu teoria lui Einstein a relativităţii generale, cea care uneşte geometria spaţiului şi a timpului cu materia şi energia, este infinită (în centru) – generând o aşa-numită singularitate. De îndată ce trecem de aşa-numitul orizont al evenimentelor, adică distanţa faţă de centru la care pentru a ieşi din gaura neagră este nevoie de o viteză mai mare ca cea a luminii – din această cauză rămânem prizonieri, inclusiv lumina - pătrundem într-o lume deocamdată necunoscută, pentru care nu există o teorie fizică la ora actuală. Se crede că aceasta ar putea să fie o formă a gravitaţiei cuantice – dar nu avem dovezi şi indicaţii asupra acestei teorii, chiar dacă au fost propuse mai multe variante (teoria stringurilor, teoria quantum loop).

Studiul găurilor negre la ora actuală este făcut ori prin semnalele electromagnetice, adică radiaţia, generate de obiectele care cad în gaura neagră, ori prin undele gravitaţionale emise de coliziunea a două găuri negre.

Ce-ar fi însă să construim o gaură neagră în laborator? Una însă fără pericolul de a înghiţi cercetătorii care o construiesc!

Ideea de a construi un model al găurilor negre fără pericole de nici un fel, nu este nouă; iată însă că recent a fost propus un model care foloseşte grafenul, acest material incredibil, care are un număr enorm de aplicaţii, de la biologie la electronică, de la tehnologii cuantice şi, acum, studiul găurilor negre! Grafenul  este o variantă bidimensională a grafitului fiind format dintr-un aranjament planar (bidimensional) de atomi de carbon dispuşi într-o reţea hexagonală.

Un grup de cercetători de la institutul European ETC* de la Trento, împreună cu colegi de la un institut de nanotehnologii de la Barcelona, Universitatea din Camerino şi Universitatea din Trento, vor să construiască un model al unei mini-găuri negre din grafen, folosind o geometrie cunoscută sub numele de „pseudosfera lui Beltrami”. Cercetătorii au publicat recent un articol în revista 2D Materials în care descriu proiectul lor. Pseudosfera lui Beltrami este o suprafaţă neeuclidiană, cu proprietăţi particulare. Are o curbură negativă constantă, având forma unei trompete. Pentru a o construi este nevoie de hexagoane, heptagoane şi pentagoane. Heptagoanele, cum le spune şi numele, au şapte laturi şi sunt cele care generează curbura negativă şi trebuie să fie un număr de precis şase în exces faţă de numărul pentagoanelor. Raza unei astfel de preudosfere în grafen este de 73 de nanometri, fiind din punct de vedere practic foarte dificil de realizat cu milioanele de atomi care alcătuiesc acest interesant obiect.

O dată construită această pseudosferă, aceasta reprezintă modelul unei găuri negre care simulează curbura spaţio-temporală indusă de forţa gravitaţională. Cercetătorii vor studia modul în care se mişcă electronii în această structură care are forma unei trompete. Într-o structură planara s-ar mişca în mod perfect simetric, în preusosferă însă datorată asimetriilor induse de noua geometrie, vor avea  o mişcare care simulează aşa-numita radiaţie a lui Hawking, adică acea formă de radiaţie cuantică care ar fi emisă de găurile negre şi care, într-o perioadă de timp mai mult sau mai puţin îndelungată, ar duce la evaporarea găurii negre. Gaura neagră de grafen propusă de cercetători simulează o gaură neagră reală cu temperatura de circa 16 K. Studiul acesteia îi va ajuta pe cercetători să facă poate un pas înainte pentru descifrarea misterului acestor obiecte extrem de fascinante – găurile negre!

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional “Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe]