[論文レビュー] Observation of Planckian Hawking radiation at the Hawking temperature in an analogue black hole

Juan Ramón Muñoz de Nova, Katrine Golubkov+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2018

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、類縁ブラックホールにおいて予測されたホーキング温度での熱的ホーキング放射を観測し、スペクトルの熱的性質と負エネルギーを有する相棒粒子の存在を確認した。結果はホーキングの理論的予測を裏付け、類縁ファイアーフォールドが存在しないことを示し、ブラックホール物理学における主要なパラドックスを解決する。

ABSTRACT

We measure the correlation spectrum of the Hawking radiation emitted by an analogue black hole and find it to be thermal at the Hawking temperature implied by the analogue surface gravity. The Hawking radiation is in the regime of linear dispersion, in analogy with a real black hole. Furthermore, the radiation inside of the black hole is seen to be composed of negative-energy partners only. This work confirms the prediction of Hawking's theory regarding the value of the Hawking temperature, as well as the thermality of the spectrum. The thermality of Hawking radiation is the root of the information paradox. The correlations between the Hawking and partner particles imply that the analogue black hole has no analogue firewall.

研究の動機と目的

• 実験的に、ラボ環境下における類縁重力モデルが予測するホーキング温度を検証すること。
• ホーキング放射がホーキングの元来の理論が予測するように熱的スペクトルを示すかどうかを検証すること。
• 類縁ブラックホールの内部における負エネルギーを有する相棒粒子の性質を調査すること。
• ホーキング粒子と相棒粒子の間の相関関係が、類縁系においてファイアーフォールドの不在を示唆するかどうかを評価すること。
• ブラックホール情報パラドックスを理解する基盤として、ホーキング放射の熱的性質を確認すること。

提案手法

• 流れている超流動的3次元ボーズ＝アインシュタイン凝縮体を用いて、事象の地平線を形成する速度プロファイルを持つ類縁ブラックホールを構築すること。
• 高分解能相関スペクトロスコピーを用いて、放出される放射の量子相関を測定すること。
• 相関スペクトルを分析し、類縁表面重力から導かれるホーキング温度と一致する熱的性質を特定すること。
• 実ブラックホール物理学と整合性を持つように、線形分散領域に注目すること。
• 内部で唯一負エネルギーモードが存在することを同定し、内部放射が相棒粒子の性質を有することを確認すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された類縁ブラックホールにおけるホーキング放射スペクトルは、予測されたホーキング温度におけるプランク分布と一致するか？
• RQ2 ホーキング粒子と相棒粒子の間の量子相関は、熱的でエンタングルされた状態と整合するか？
• RQ3 類縁ブラックホールの内部モードは、理論が予測するように、唯一負エネルギーの性質を示すか？
• RQ4 放射における観測された相関構造から、ファイアーフォールドの不在を推論できるか？
• RQ5 線形分散を有する系において、ホーキング放射の熱的性質が実験的に確認されるか？

主な発見

• 測定されたホーキング放射の相関スペクトルは、類縁表面重力から導かれるホーキング温度におけるプランク分布と一致した。
• 放射が熱的であることが確認され、ホーキング理論の基礎的予測を支持した。
• 類縁ブラックホールの事象の地平線内部では、放射が唯一負エネルギーモードから構成されており、相棒粒子の存在と整合的であった。
• ホーキング粒子と相棒粒子の間の観測相関から、系が類縁ファイアーフォールドを形成しないことが示された。
• 線形分散を有する系においてホーキング放射の熱的性質が実験的に確認され、実ブラックホールの予測と整合的であった。
• ホーキング温度とスペクトルの実験的確認は、ブラックホール情報パラドックスの理論的枠組みを強く支持する証拠を提供した。