Impressie van een zwart gat
Impressie van een zwart gat © Mark A. Garlick / space-art.co.u

Een zwart gat bestuderen kan straks misschien op een chip in het lab

Stuur een stroom door een vernauwing in een chip en magnetische golven gedragen zich als licht bij de rand van een zwart gat. Over twee jaar in een lab, denkt Rembert Duine.

Vergeet de ruimteschepen en de reuzentelescopen: wie een zwart gat wil bestuderen kan binnenkort misschien beter op een speciale microchip kijken. Nederlandse en Chileense fysici publiceren vandaag berekeningen waaruit blijkt dat een levensecht zwart gat ook in het lab te maken is, zij het niet van het type dat zijn fysieke omgeving ook echt zal opslokken.

Zogenoemde golfparen kunnen van pas komen bij bouw van quantumcomputers of superveilig dataverkeer

denkt Rembert Duine

Het betreffende zwarte gat ontstaat als in de voorgestelde chip een elektrische stroom in een nauw gedeelte een versnelling ondergaat. Daardoor kunnen speciale magnetische golven, zogeheten spingolven, vanaf een bepaald punt niet meer aan de doorgang ontsnappen. 'De vergelijkingen die dat beschrijven zijn dezelfde die een echt astrofysisch zwart gat weergeven', zegt prof Rembert Duine, een van de auteurs van de studie die woensdag in Physical Review Letters verschijnt.

Duine is hoogleraar in Eindhoven en ook theoreticus op het instituut van Nobelprijswinnaar Gerard 't Hooft in Utrecht. Hij is gespecialiseerd in spingolfsystemen, die ook in elektronica worden toegepast, in de zogeheten spintronica. 'Jaren geleden hoorde ik een lezing over fysische parallellen met zwarte gaten en had meteen het vermoeden dat zoiets ook in meegesleepte spingolven moest bestaan.'

Binnen een paar jaar moet het mogelijk zijn om er interessante waarnemingen aan te doen

Rembert Duine

Astronomische zwarte gaten zijn een uitvloeisel van Einsteins relativiteitstheorie waarin ruimte en tijd gekromd worden door massa's, bijvoorbeeld van ingestorte oude sterren. Het zijn gebieden in de ruimte waar de zwaartekracht zo sterk is dat objecten - en zelfs licht - er vanaf een bepaald punt niet uit kunnen wegkomen. 'Een beetje als forellen die tegen de stroom inzwemmen, maar vlakbij een waterval onherroepelijk omlaag gesleurd worden', stelt Duine zich zo'n point of no return voor.

De afgelopen jaren zijn in allerlei systemen al zulke fysische horizons ontdekt, van geluidsgolven in stromend water tot roterende diepgekoelde atoomwolkjes. Maar heel diepe fysica was daaraan verder nog niet te ontlenen, zegt Duine. Vooral de bekende voorspelling van de Britse theoreticus Stephen Hawking dat zwarte gaten ondanks alles toch zachtjes stralen, schreeuwt nog steeds om experimenteel bewijs.

Die zogeheten Hawking-straling ontstaat in theorie doordat precies op de rand van de ruimtetijdafgrond spontaan paren deeltjes en antideeltjes ontstaan die uit elkaar worden getrokken voor ze weer kunnen samenkomen. Volgens de berekeningen van Duine en zijn twee Chileense collega's kan precies zoiets ook meegesleepte spingolven overkomen.

Theoreticus Henk Stoof verheugt zich op de mogelijkheid van witte gaten

De Canadese natuurkundige Bill Unruh, ooit de eerste die over fysische modellen van zwarte gaten publiceerde, is enthousiast over het idee van zwarte gaten op een spin-chip. 'Omdat Hawkings voorspellingen op quantumniveau spelen, is een test op dat niveau nieuw en heel interessant', mailt hij. De Utrechtse theoreticus Henk Stoof noemt de voorstellen realistisch. Hij verheugt zich bovendien op de mogelijkheid van witte gaten: systemen die uit het niets deeltjes of straling spuwen.

Volgens Duine is het voorgestelde chipsysteem niet heel moeilijk te bouwen. 'Binnen een paar jaar moet het mogelijk zijn om er interessante waarnemingen aan te doen', zegt hij.

Nadat zijn paper in een vroege versie online was gepubliceerd, werd hij meteen benaderd door groepen in Oxford, Mainz en ook Eindhoven zelf, die er wel brood in zagen. 'Ik verkeer normaal meer in de wereld van toegepaste elektronica, maar kennelijk spreken zwarte gaten enorm tot de verbeelding', zegt hij nog steeds verbaasd.

Mogelijk is een praktische toepassing van Duine's berekeningen niet eens zo ver gezocht. Bijzonder aan golfparen die door een zwart gat onherroepelijk worden gescheiden, is dat ze quantummechanisch toch met elkaar verbonden blijven. Zulke routinematig verstrengelde deeltjes zouden van pas kunnen komen in quantumcomputers of superveilige datacommunicatie, denkt Duine.