I buchi neri sono tra gli oggetti più misteriosi e affascinanti dell’universo, caratterizzati da una gravità così intensa da non lasciar sfuggire nemmeno la luce. La loro natura complessa li rende difficili da analizzare direttamente, ma grazie a modelli sperimentali, è possibile studiarne il comportamento in ambienti controllati. Un recente studio, pubblicato sulla rivista AVS Quantum Science e basato sulla tesi di laurea di Chiara Coviello, offre un’interessante prospettiva su come i buchi neri acustici possano fornire nuove intuizioni sulle interazioni tra onde gravitazionali e buchi neri astrofisici. Coviello, laureata in Fisica all’Università di Pisa nel 2023 e attualmente dottoranda al King’s College di Londra, ha lavorato insieme a un team interdisciplinare di ricercatori provenienti da diverse istituzioni accademiche italiane.
Lo studio sui buchi neri acustici
L’indagine condotta da Coviello e dai suoi colleghi si basa sui cosiddetti buchi neri acustici, strutture in grado di intrappolare onde sonore in maniera analoga a quanto fanno i buchi neri astrofisici con la luce. Questi modelli sperimentali consentono di ricreare in laboratorio alcune caratteristiche fondamentali degli autentici buchi neri, offrendo un terreno fertile per lo studio delle loro proprietà fisiche.
Il lavoro, che vede tra i suoi autori anche la professoressa Marilù Chiofalo dell’Università di Pisa, i professori Dario Grasso dell’INFN di Pisa, Stefano Liberati della SISSA di Trieste, Massimo Mannarelli dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso e la dottoressa Silvia Trabucco del Gran Sasso Science Institute, si concentra sull’analisi delle perturbazioni gravitazionali simulate in un ambiente controllato. In particolare, lo studio esplora la possibilità di generare perturbazioni analoghe alle onde gravitazionali nei condensati di Bose-Einstein, stati della materia in cui atomi ultrafreddi si comportano collettivamente come un’unica entità quantistica.
Il ruolo dei fononi e della radiazione di Hawking
Nei condensati di Bose-Einstein, le eccitazioni più basse sono rappresentate da perturbazioni della densità, note come fononi, che si muovono in un ambiente che può essere ingegnerizzato per riprodurre il comportamento di un buco nero astrofisico. I buchi neri acustici, infatti, catturano i fononi in modo simile a come i buchi neri cosmici intrappolano la luce. Inoltre, questi sistemi possono emettere una radiazione simile alla radiazione di Hawking, prevista dal celebre fisico Stephen Hawking nel contesto della relatività generale.
Gli autori dello studio hanno sviluppato un dizionario teorico che mette in relazione i buchi neri astrofisici e i loro analoghi acustici, permettendo di comprendere meglio come le onde gravitazionali possano interagire con l’orizzonte acustico di un buco nero da laboratorio. Questi esperimenti potrebbero fornire informazioni cruciali sui meccanismi di dissipazione e riflessione delle perturbazioni gravitazionali, con implicazioni dirette per la fisica dei buchi neri reali.
Prospettive future
Il gruppo di ricerca ha intenzione di proseguire l’analisi approfondendo lo studio della viscosità dell’orizzonte acustico e della sua entropia, entrambe caratteristiche note per presentare comportamenti universali. Comprendere meglio queste proprietà potrebbe offrire nuove intuizioni sulle simmetrie fondamentali dei buchi neri astrofisici, contribuendo all’evoluzione delle teorie fisiche di base.
