Cientistas recriaram um famoso buraco negro O fenômeno em laboratório, usando rotação artificial, aproxima uma teoria de 50 anos da tecnologia do mundo real.
Há mais de 50 anos, o físico Sir Roger Penrose propôs uma forma notável de extrair energia de buracos negros em rotação rápida. No seu cenário teórico, uma partícula entraria na ergosfera de um buraco negro, uma região onde a rotação do buraco negro arrasta consigo o tecido circundante do espaço. A partícula pode então se dividir em dois pedaços. Um afundará no buraco negro, o outro escapará com mais energia que a partícula original.
O físico Yakov Zel’dovich mais tarde estendeu essa ideia geral às ondas. Ele previu que quando uma onda interage com um objeto girando rápido o suficiente, a onda pode extrair energia dessa rotação e se tornar mais forte do que antes.
Simulação de rotação extrema sem peças móveis
Pesquisadores do Centro de Pesquisa Científica Avançada do CUNY Graduate Center (CUNY ASRC) demonstraram agora um novo método para produzir tal amplificação de onda. Seus resultados são publicados a natureza.
Em vez de girar fisicamente um objeto a velocidades extremas, os pesquisadores desenvolveram um dispositivo de radiofrequência cujas propriedades variam no espaço e no tempo de uma forma que imita a rotação. Este sistema projetado cria rotação sintética ultrarrápida, permitindo aos cientistas simular movimento rotacional além dos limites dos dispositivos mecânicos.
O método ajuda a superar um grande obstáculo que há muito tempo impede os pesquisadores de investigar experimentalmente o comportamento das ondas interagindo com rotação extremamente rápida.
“Nossa abordagem facilita um novo método de interação onda-matéria em que ondas com características de spin selecionadas extraem energia de spins sintéticos projetados no tempo, criando uma forma de amplificação seletiva de banda larga”, disse a pesquisadora principal Andrea Alu, Distinguished Professor e Einstein Professor e Diretor de Física no Gradu CUNY Center. Iniciativa Fotônica da ASRC.
“Esta experiência bem-sucedida transfere ideias sobre dinâmica rotacional extrema da teoria para a prática e cria uma plataforma experimental versátil para explorar uma ampla gama de fenômenos na interseção da astrofísica, física das ondas e ciência quântica”, disse o autor principal Hadiseh Nasari, pesquisador de pós-doutorado na INSUCASNY. “O trabalho tem implicações para a ciência básica e avanços nas comunicações, óptica e fotônica.”
Um dispositivo estacionário mostra o spin criado
Os pesquisadores se concentraram em uma questão central. As ondas eletromagnéticas enviadas para um dispositivo estacionário podem se comportar como se estivessem interagindo com algo girando em alta velocidade? Mais importante ainda, essas ondas podem derivar energia desse movimento sintético?
Para testar a ideia, a equipe construiu uma rede de ressonadores eletrônicos em forma de anel. As características do ressonador mudam rapidamente em uma sequência de tempo precisa, criando um padrão que se move ao redor do anel.
Nada é girado fisicamente no dispositivo. No entanto, o padrão de viagem fez com que as ondas eletromagnéticas fizessem com que o sistema parecesse estar girando a uma velocidade tremenda.
“Ondas com propriedades rotacionais apropriadas extraem energia do sistema e são amplificadas, reproduzindo a física essencial do processo Penrose-Zel’dovich, “disse o co-autor Hadi Musa, ex-aluno de doutorado na CUNY ASRC Photonics Initiative. “Nossa abordagem depende da engenharia metamateriais que são projetados para controlar como a onda se propaga.”
Metamateriais são estruturas especialmente projetadas que podem conduzir e conduzir ondas de uma forma que os materiais comuns não conseguem. Nesta experiência, permitiram aos investigadores reproduzir o comportamento essencial previsto por Penrose e Zeldovich sem a necessidade de buracos negros reais ou objetos em rotação mecânica.
Um novo laboratório para física extrema
A rotação artificial pode simular velocidades aparentes mais rápidas que a velocidade da luz, sem exigir que a matéria ou a informação viajem fisicamente a essa velocidade. Isto dá aos cientistas uma forma controlada de explorar regimes extremos que de outra forma seriam difíceis ou impossíveis de reproduzir em laboratório.
A conquista cria uma nova plataforma experimental para investigar fenômenos associados à astrofísica, comportamento das ondas e ciência quântica. Isto poderia levar a aplicações potenciais em comunicação sem fio, óptica clássica e óptica quântica.
Pesquisas futuras precisam determinar como as descobertas podem ser incorporadas à tecnologia prática. Os mesmos princípios podem ser estendidos a sistemas fotônicos e quânticos, criando potencialmente novos métodos para controlar a luz, processar informações e estudar fenômenos ondulatórios induzidos por alguns dos ambientes extremos do universo.
Referência: “Observação da superradiância rotacional Floquet” por Hadiseh Nasari, Hadi Musa, Yoshiaki Kasahara, Arno Thielens e Andrea Alu, 8 de julho de 2026. a natureza.
DOI: 10.1038/s41586-026-10725-y
A pesquisa foi apoiada pelo Departamento de Defesa dos EUA, pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA e pela Fundação Simons.
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