Stephen W. Hawking es el candidato más firme al Premio Nobel de Física 2015

Francisco R. Villatoro28DIC146 Comentarios

El año 2015 será el año del físico británico Stephen W. Hawking (8 enero 1942). Se han organizado en su honor decenas de conferencias científicas sobre relatividad general, agujeros negros y radiación de Hawking. La razón ya la conoces. Se ha filtrado que la Real Academia de las Ciencias de Suecia ha recibido un ingente número de nominaciones a su favor. Todos los rumores apuntan a que el físico teórico más famoso de la actualidad recibirá el Premio Nobel de Física 2015, junto a William G. Unruh (28 agosto 1945).

Supongo que ya sabías que Hawking recibiría el Premio Nobel cuando se observara la radiación de Hawking en algún experimento. Crear en un laboratorio un agujero negro que emita radiación de Hawking es imposible. Pero hay análogos ópticos, acústicos y fluidomecánicos de agujeros negros (el padre de la idea de usar análogos físicos para estudiar agujeros negros en laboratorio es Unruh). Jeff Steinhauer, del Instituto Técnico de Israel, Haifa, Israel, publicó en Nature Physics en octubre de 2014 la primera observación experimental de la radiación de Hawking. Una observación fuera de toda duda que llevará a Hawking y a Unruh a obtener el tan esperado galardón.

Más información en Ron Cowen, “Hawking radiation mimicked in the lab. Sound waves used to imitate light particles predicted to escape black holes,” Nature News, 12 Oct 2014, que se hizo eco del artículo técnico de Jeff Steinhauer, “Observation of self-amplifying Hawking radiation in an analogue black-hole laser,” Nature Physics 10: 864-869, 12 Oct 2014; arXiv:1409.6550 [cond-mat.quant-gas].

Observar la radiación de Hawking en algún análogo físico de agujero negro era la única posibilidad para que Hawking recibiera el Premio Nobel de Física. Tras varias falsas alarmas en análogos ópticos, Steinhauer ha logrado observarla en un análogo acústico. En concreto, ha observado fonones (ondas acústicas) en un condensado de Bose-Einstein (BEC) de átomos de rubidio enfriado a sólo un nanokelvin.

La velocidad del sonido en el BEC es baja y permite que el propio BEC se acelere hasta superarla. Gracias a ello aparece un frente de onda que se comporta como un horizonte de sucesos de un agujero negro (BH en la figura). Para observar la radiación de Hawking (HR) hay que amplificarla. Steinhauer acelera el BEC de tal forma que aparece un segundo horizonte en el interior (IH). El flujo es supersónico en la región entre los dos horizontes (BH e IH) y subsónico a la derecha de BH. Los dos horizontes actúan como espejos para las ondas acústicas, que resuenan y se amplifican. Finalmente, para observar estas ondas acústicas se usan pulsos de luz láser.

Steinhauer ha necesitado cinco años para ejecutar su experimento. Pero los resultados son espectaculares. Una prueba definitiva de la radiación de Hawking. Quizás te preguntes por qué Steinhauer publica su artículo en Nature Physics en lugar de Nature. La razón es sencilla, el editor principal de dicha revista, Andrea Taroni, aka @TaroniAndrea, es amigo personal de Jeff Steinhauer, aka @Revisno.

Como bien sabrás, la radiación de Hawking debe tener el espectro de un cuerpo negro. El sistema de amplificación de Steinhauer actúa amplificando una frecuencia determinada. Pero gracias a un increíble alarde técnico puede ajustar dicha frecuencia de tal forma que ha logrado medir varias frecuencias individuales por separado. Los resultados corresponden a la perfección con el espectro esperado para un cuerpo negro acústico. Por ello, todos los expertos han quedado rendidos ante la evidencia, la prueba definitiva de la existencia de la radiación de Hawking.

Sin lugar a dudas en el año 2015 tendremos a Hawking hasta en la sopa.

PS (29 Dic 2014). Como muchos ya habéis observado, se trata de una inocentada de 28 de diciembre. El experimento de Steinhauer observa lo que parece radiación a una sola frecuencia. No observa que la radiación sea de cuerpo negro. Tampoco observa la naturaleza cuántica de dicha radiación (hay explicaciones clásicas a la misma). Para confirmar de forma definitiva la radiación de Hawking en BEC se requiere un rediseño completo del experimento de Steinhauer. Lo siento por Hawking y Unruh, pero es imposible que reciban el Premio Nobel de Física en 2015.

Por supuesto, que nadie se equivoque, esto no significa que no merezcan el galardón. Pero serán necesarios nuevos trabajos experimentales para validar la predicción de Hawking. Crucemos los dedos y deseemos todos en estas fechas que 2015 sea, además del centenario de la relatividad general de Einstein, el año de la verificación experimental definitiva de la radiación de Hawking (en cuyo caso Hawking y Unruh podrían recibir el galardón en 2016 o 2017).

Por cierto, ya he visto la película “The Theory of Everything” de James Marsh. Una bonita historia de amor sobre la vida en común de Stephen Hawking y su primera esposa Jane Wilde. El actor Eddie Redmayne hace un papelón y merece un Óscar, sin lugar a dudas.