Un grup de cercetători a propus construirea în laborator a unui model al găurilor negre 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.
Teoria găurilor negre are încă foarte multe mistere. Fizică actuală nu reuşeşte să explice ce se întâmplă în interiorul unei găuri negre. Forţa gravitaţională, calculată cu teoria relativităţii generale, cea care uneşte geometria spaţiului şi a timpului cu materia şi energia, devine infinită în centrul găurii negre, generând aşa-numita singularitate.
De îndată ce trecem de aşa-numitul orizont al evenimentelor, adică locul în care pentru a ieşi din gaura neagră este nevoie de o viteză mai mare ca cea a luminii (ceea ce este imposibil, motiv pentru care totul, inclusiv lumina, nu poate scăpa), pătrundem într-o lume deocamdată necunoscută, pentru care nu există o teorie.
Avem nevoie de o teorie a gravitației cuantice, dar deocamdată suntem în stadiul de căutări, fiind propuse mai multe variante, cu mai mult sau mai puțin succes (teoria stringurilor sau teoria gravitației cuantice cu bucle).
Studiul găurilor negre se face în prezent ori cu ajutorul semnalele electromagnetice generate de obiectele care cad în gaura neagră, ori cu ajutorul undelor gravitaţionale generate de coliziunea a două găuri negre (și captate de instrumentele noastre terestre).
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 niciun 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 în domenii din cele mai diverse, de la biologie la electronică, de la tehnologii cuantice la... 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 din 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 exact şase în plus faţă de numărul pentagoanelor. Raza unei astfel de pseudosfere 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.
Odată construită pseudosfera, aceasta reprezintă modelul unei găuri negre care simulează curbura spaţio-temporală indusă de forţă gravitaţională. Cercetătorii vor studia modul în care se mişca electronii în această structură cu formă de trompetă. Într-o structură planară s-ar mişca în mod perfect simetric, în pseudosfera generată de asimetriile induse de nouă geometrie vor avea însă 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 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 cosmice misterioase și fascinante.
