Experimenteller Hinweis auf Hawking-Strahlung

17. August 2016, 18:21
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Ein wegweisendes Experiment in Israel kommt dem Nachweis näher, dass aus Schwarzen Löchern thermische Strahlung entkommt

Haifa/Wien – Nichts, das sich im Raumbereich eines Schwarzen Lochs befindet, entkommt dessen gigantischer Gravitation – oder? Doch, denn das leere "Nichts" gibt es nicht, Quantenfluktuationen existieren auch im Vakuum und damit selbst in unmittelbarer Nähe eines Schwarzen Loches. Mitte der 1970er Jahre ließ der heute gemeinhin bekannte Physiker Stephen Hawking mit Berechnungen dazu aufhorchen.

Denn diese Fluktuationen bestehen aus virtuellen Teilchen-Antiteilchen-Paaren. Zu seiner eigenen Überraschung entdeckte Hawking folgende Konsequenz: Wird ein Teilchen (oder Antiteilchen) in das Schwarze Loch gezogen, entkommt der jeweilige Partner in den freien Raum – und bildet eine thermische Emission – die sogenannte Hawking-Strahlung. Nachweisen ließ sich diese Vorhersage bislang freilich nicht. Bei stellaren oder größeren Schwarzen Löchern ist die Strahlung für Messungen zu gering.

Bose-Einstein-Kondensat

Jetzt dürfte Jeff Steinhauer vom Technion in Haifa dem Nachweis deutlich nähergekommen sein: Er erzeugte im Labor eine Art "Schwarzes Loch für Schallwellen" und liefert damit in "Nature Physics" das bisher überzeugendste Experiment zur Hawking-Strahlung. Seine Arbeit basiert auf der Theorie, dass von ihrem Medium mitgerissene Schallwellen ähnlich unausweichlich "gefangen" sind wie ein Objekt jenseits des Ereignishorizonts im Schwarzen Loch.

Steinhauer erzeugte ein Bose-Einstein-Kondensat aus Rubidium-Atomen – in diesem Zustand lässt sich ihr Verhalten nur durch eine einzige Wellenfunktion beschreiben. Ähnlich den Photonen im Vakuum entstehen hier spontane Dichtepulse – sogenannte Phononen.

"Der Beobachtung bisher am nächsten"

Nun wurden Atome in einem Bereich des Kondensats mittels Laser beschleunigt und dadurch ein Analogon zum Ereignishorizont geschaffen: Entstanden dort spontan Phononen, wurden sie mitgezogen – so wie in der Theorie virtuelle Teilchen jenseits des Ereignishorizonts eines Schwarzen Loches. Laut den Messergebnissen bildeten sich dabei aber auch Paare miteinander verschränkter Phononen, von denen eines mitgerissen wurde – und das andere entkommen konnte.

Dem Schall-Gegenstück zum Schwarzen Loch entweichen also Phononen – nach Ansicht des Forschers ein echtes Äquivalent zur thermischen Strahlung Schwarzer Löcher: "Die Messungen bestätigen die Quantennatur der Hawking-Strahlung", so der Physiker. Vorsichtiger formulieren es die "Nature"-Herausgeber: "Der Versuch könnte einer experimentellen Beobachtung der Hawking-Strahlung bisher am nächsten kommen." Der Physiker Ulf Leonhardt (Weizmann Institute of Science in Rehovot) würdigte das Experiment als "in jedem Fall wegweisend". (red. 17. 8. 2016)

  • Schwarze Löcher dürften strahlen – der endgültige Beweis dafür steht allerdings noch aus.
    foto: nasa/esa

    Schwarze Löcher dürften strahlen – der endgültige Beweis dafür steht allerdings noch aus.

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