Fisikawan Ciptakan Lubang Hitam Untuk Radiasi Hawking di Lab

Mustahil membujuk lubang hitam mau diajak ke laboratorium, tetapi fisikawan membuat radiasi Hawking dengan laser dan kaca di Lab.

Tiga puluh enam tahun yang lalu, Stephen Hawking, fisikawan teoritis Inggris, meramalkan lubang hitam dimana cahaya sekecil apapun tidak bisa melarikan diri menjadi paradoks bagi harga diri cahaya. Tidak seorang pun pernah mengamati "radiasi Hawking," tetapi sekarang, para fisikawan mungkin dapat menciptakan sesuatu yang sangat berarti seperti itu di laboratorium.

Sebuah lubang hitam secara harfiah adalah lubang di dalam ruang dan waktu. Menurut teori Einstein tentang gravitasi, massa dan energi menelikung ruang dan waktu (atau "ruang-waktu"). Pembelokan ini mengubah jalan benda yang jatuh bebas seperti efek yang kita kenal tentang gravitasi. Sebuah lubang hitam muncul ketika pembelokan dari sebuah titik yang tumbuh sangat pesat dimana ruang-waktu di daerah tersebut menjadi seperti corong (terompet), tidak ada yang dapat kembali ketika sebuah bintang raksasa runtuh. Materi apa pun dalam jangkauan akan ditelan, bahkan foton kecepatan cahaya, dan tidak kembali dalam "cakrawala peristiwa."

Namun, lubang hitam tidak harus benar-benar hitam, seperti yang dijelaskan Hawking pada tahun 1974. Karena ketidakpastian kuantum mekanika, keterlibatan pasangan kuantum foton (sifat partikel yang terikat satu sama lain) atau lainnya dapat muncul dari ruang kosong. Biasanya tidak bertahan lama untuk secara langsung diamati, tetapi jika pasangan melintasi cakrawala peristiwa, maka satu foton bisa jatuh ke dalam lubang hitam, sementara yang lainnya dapat lolos dan membawa energi yang disebut Hawking radiation. Radiasi Hawking sangat lemah sehingga hampir tidak terdeteksi.

Namun, Franco Belgiorno dari University of Milan dan rekan-rekannya telah melihat radiasi ini dalam eksperimen laser dan sebuah blok kaca. Ide dasarnya dari suatu horizon peristiwa lubang hitam dari latar belakang terjebaknya cahaya. Untuk menghasilkan hal yang serupa, tim menembak pulsa intens sinar laser ke dalam kaca. Di dalam materi, cahaya bergerak lebih lambat daripada yang dilakukannya di ruang kosong dan pengurangan kecepatan diukur dalam "index of refraction".

Namun, indeks bias bervariasi dengan panjang gelombang cahaya dan lain-lainnya, juga dapat mengubah intensitas cahaya. Akibatnya, trailing pulsa seperti sebuah cakrawala peristiwa menjebak cahaya dari berbagai panjang gelombang sempit. Cahaya tersebut dapat mengejar pulsa yang bergerak, tetapi setelah mendekati, peningkatan indeks bias memperlambatnya dan menjebak di belakang setiap ketukan.

Dan seperti suatu horizon peristiwa lubang hitam asli, model yang diciptakan oleh pulsa cahaya dapat memancarkan radiasi. Ini krusial karena cakrawala buatan hanya dapat menjebak foton dalam berbagai panjang gelombang tertentu sehingga hanya dapat memancarkan radiasi Hawking dalam kisaran tersebut pula. Dan dengan intensitas pulsa laser, fisikawan bisa mengendalikan seberapa cepat pulsa bergerak melalui kaca dan karenanya panjang gelombang radiasi Hawking seperti yang dipancarkan dari kaca.

Bagaikan memutar tombol radio, tim menyesuaikan pulsa, cakrawala buatan dipancarkan setiap radiasi Hawking maka panjang gelombang menjadi sekitar 800 hingga 900 nanometer, rentang yang berbeda dengan sumber lain seperti laser-induced fluorescence. Para peneliti melaporkan minggu ini di Physical Review Letters ketika mereka melihat cahaya yang sama persis dengan kisaran tersebut, mereka tampaknya telah melihat radiasi Hawking untuk pertama kalinya.

"Ada indikasi sangat kuat" dimana peneliti mengamati radiasi Hawking, kata Ulf Leonhardt, fisikawan teoritis dari University of Saint Andrews di Inggris. Terutama secara persuasif bahwa peneliti mendapatkan panjang gelombang dan polarisasi cahaya, kata Leonhardt.

Tetapi William Unruh, teoritikus dari University of British Columbia di Vancouver, memiliki beberapa kekhawatiran. Distorsi dalam kaca berubah sangat cepat, misalnya, menghasilkan cahaya yang bisa rancu dengan radiasi Hawking. Unruh mengatakan studi teoritis diperlukan untuk memahami eksperimental ini.

1. F. Belgiorno (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano, Via Celoria 16, IT-20133 Milano, Italy); S.L. Cacciatori, V. Gorini (INFN sezione di Milano, via Celoria 16, IT-20133 Milano, Italy; Dipartimento di Fisica e Matematica, Università dell’Insubria, Via Valleggio 11, IT-22100 Como, Italy); M. Clerici, L. Rizzi, E. Rubino, V. G. Sala (Dipartimento di Fisica e Matematica, Università dell’Insubria, Via Valleggio 11, IT-22100 Como, Italy); G. Ortenzi (Dipartimento di Matematica e Applicazioni, Università di Milano-Bicocca, Via Cozzi 53, IT-20125 Milano, Italy); and D. Faccio3,5 (Dipartimento di Fisica e Matematica, Università dell’Insubria, Via Valleggio 11, IT-22100 Como, Italy; School of Engineering and Physical Sciences, David Brewster Building, Heriot-Watt University, Edinburgh, Scotland EH14 4AS, United Kingdom). Hawking Radiation from Ultrashort Laser Pulse Filaments, Phys. Rev. Lett. 105, 203901 (2010), DOI:10.1103/PhysRevLett.105.203901