Simulation quantique analogue de l'effet de Hawking et de la superradiance des trous noirs – HAWQ

Grâce à l’équivalence entre la cinétique des excitations collectives des fluides et celle des champs en astrophysique, les simulations quantiques analogues permettent d’étudier les théories quantiques de champ sur les espace-temps courbes en laboratoire. Par exemple, un vortex géant dans un fluide quantique permet de simuler la théorie des champs sur l’espace-temps d’un trou noir en rotation. Le vortex forme une ergosurface et un horizon là où les vitesses totale et radiale sont, respectivement, égales à la vitesse du son : les phonons dans l’ergosurface doivent tourner dans la même direction que le vortex, et ils sont piégés à l’horizon par le flux supersonique. Le mélange des opérateurs d’annihilation et de création du champ acoustique aux deux surfaces mène à l’émission spontanée de phonons par effet Hawking et superradiance rotationnelle. L’émission à l’horizon et à l’ergosurface peuvent s’amplifier mutuellement, conduisant à la croissance exponentielle de l’amplitude du champ entre les deux surfaces dans une explosion du trou noir (une instabilité dynamique).
Jusqu’au maintenant, l’effet Hawking n’a pas été étudié dans des configurations en rotation. De plus, les instabilités dynamiques sont difficiles à étudier dans le contexte relativiste, justifiant de l’intérêt de notre méthode de simulation des phénomènes inaccessibles des champs quantiques.
Avec HAWQ, nous étudierons expérimentalement et théoriquement le champ acoustique dans un vortex contrôlé, et ajuster l’interaction entre l’effet Hawking et la superradiance pour observer l’instabilité dynamique qui se manifeste par la modification de l’intrication des paires de Hawking. Nous utiliserons un fluide quantique de polaritons en microcavité dont le flux peut être contrôlé optiquement et dont les propriétés (densité, phase, propagation des phonons) peuvent être mesurées via la lumière sortant de la cavité, permettant l’utilisation des méthodes d’optique quantique standard pour la mesure de l’intrication.