מדענים בטכניון הצליחו "לבלוע" קול

פיסיקאים מהטכניון יצרו אנלוגיה לחור שחור שיכול ללכוד קול, באותו האופן שבו חור שחור אסטורפיסיקלי לוכד אור. המערכת שמורכבת מ"עיבוי בוז-אינשטיין הפוך צפיפות" יכולה להציג את אחד מהסיכויים הטובים ביותר לגלות את קרינת הוקינג. 

אל דאגה - החור השחור במעבדה בטכניון לא יבלע אותכם. וגם לא יבלע את ארה"ב או את כדור הארץ כולו. זה לא החור השחור שחשבו שפתאום יצמח במאיץ ההדרונים בג'נבה, מדובר באנלוגיה לחור שחור. ג'ף שטיינהאואר, אורן להב וקבוצת המחקר שלהם מהטכניון בחיפה יצרו עיבוי בוז-איינשטיין. זהו אוסף של אטומים שמקורר כמעט לטמפרטורת האפס המוחלט (271- מעלות צלסיוס), ונע בצורה קוהרנטית באותו מצב קוונטי ולפיכך (לצורך התיאור כאן) מתנהג כמו גל אור.

עיבוי האינשטיין-בוז מטופל בעזרת שדות מגנטיים ובעזרת קרן לייזר. הרעיון הכללי הוא לגרום לזרימה סופרסונית של האטומים בתוך עיבוי בוז-אינשטיין. כלומר, אם גלי קול מתקרבים לאטומים בכיוון הנגדי לתנועתם, הם יגיעו לאטומים אבל אף פעם הם לא יהיו מסוגלים לעזוב.

ברגע זה, האטומים הנעים פועלים כמו "חור שחור סוני", שממנו שום קול לא יכול לעזוב. האזור שבו הזרימה משתנה מתת-סונית לסופר סונית היא אופק האירועים. כל גל קול (או מה שקרוי פונונים) שנוצר בתוך אופק האירועים אף פעם לא יכול לברוח בגלל שהזרימה שם היא סופרסונית. זהו החור השחור.

ג'ף שטיינהאואר מהטכניון נראה כאן עם המכשור שבו הוא והקולגות שלו השתמשו כדי ליצור את החור השחור (צילום: באדיבות הטכניון)

איך זה קשור לקרינת הוקינג?

חור שחור אסטרופיסיקלי הוא אזור בחלל שהוא כל כך צפוף, עד שהכבידה במרכזו שואפת לאינסוף. מסביב לאזור זה ישנו מה שנקרא אופק האירועים. עצם, ואפילו אור, שחוצה את אופק האירועים של החור השחור לכיוון מרכזו ייעלם ללא שוב.  

בעוד שזה בלתי אפשרי לראות חור שחור כשלעצמו – ככלות הכל, שום אור לא יכול לברוח מלכידתו – חורים שחורים נתגלו באופן עקיף על ידי תצפיות של האפקט של השדות הכבידתיים על עצמים סמוכים ועל ידי זיהוי הקרינה המשוחררת כשעצמים חוצים את אופק האירועים.

במשך זמן רב, המושג של החור השחור נחשב – כשמו כן הוא – לשחור משחור. ב-1974 הראה סטיבן הוקינג, כאשר הוא נשען על עבודתו של יעקב בקנשטיין מהאוניברסיטה העברית בירושלים, כי חורים שחורים הם לא בהכרח שחורים. החישובים של הוקינג הצביעו על כך שאם זוג של חלקיק-אנטי חלקיק נוצרו ופגעו באופק האירועים של חור שחור, החלקיק שהיה הקרוב ביותר לחור השחור ייפול פנימה בעוד שהאחר יברח לו. הסכום של החלקיקים הבורחים ירכיב את מה שקרוי קרינת הוקינג, ויכול לחשוף את נוכחות החור השחור.

הבעיה היא שהטמפרטורה של קרינת הוקינג תהיה הרבה יותר נמוכה מקרינת הרקע של היקום, ולכן יהיה מאוד קשה להבדיל ביניהן. מסיבה זו, ניסו מספר קבוצות מחקר ליצור חורים שחורים אנלוגיים במעבדות – כאשר במעבדה ניתן להפחית את טמפרטורת הרקע. אולם עד כה אף אחת ממערכות אלה – שכללו סיבים אופטיים ונוזלים קוונטיים – לא הניבה את גילוי קרינת הוקינג.

ב-1980 הציע הפיסיקאי ויליאם אונרא רעיון מבריק: הבה ניצור חור שחור במעבדה תוך שימוש בקול במקום באור. הוא קרא לחורים שחורים אלה "חורים אילמים". זה לקח 29 שנה אבל הנה - מדעני הטכניון צעדו צעד אחד קדימה לעבר מטרה זו שאותה הציע אונרא.

לחור השחור הסוני שיוצר בטכניון צריכה להיות קרינת הוקינג, אבל במקום חלקיקים הוא צריך לפלוט גלי קול קוונטיים, כלומר פונונים. מכניקת הקוונטים מנבאת שזוגות של פונונים "וירטואלים" בעלי תנע שווה ומנוגד צריכים כל הזמן להווצר ולהיהרס בעיבוי בוז-איינשטיין. אם אחד מזוגות אלה יחצה את אופק האירועים, הוא ישאב לתוך החור השחור ואף פעם לא יברח. האחר יהיה חופשי לנוע לדרכו. מי שיהיה חופשי לדרכו יהיה קרינת הוקינג המפורסמת.