Rayonnement de Hawking au Laboratoire – HARALAB

Nous proposons d'étudier le rayonnement de Hawking émis par des “trous noirs analogues” dans deux systèmes de matière condensée : d'une part, dans un canal à houle et d'autre part, dans un gaz d'atomes condensés (BEC). Dans le premier cas, le rayonnement est constitué d'ondes de surface se propageant à contre courant. Dans le second, il est constitué d'ondes acoustiques (de phonons) dans un condensat en mouvement non-uniforme. Ces deux types d'expériences sont très complémentaires.
Les expériences effectuées dans le canal de l'Institut Pprime étudieront le rayonnement de Hawking dans son régime stimulé, à savoir on observera la diffusion d'ondes émises par un batteur et bloquées lorsque le contre-courant atteint une vitesse trans-critique. Pour mettre en évidence l'effet Hawking, on mesurera l'amplitude (relative) de l'onde d'énergie négative produite lors du blocage de l'onde incidente. La principale nouveauté consistera à obtenir des écoulements qui seront trans-critiques et réguliers, ce qui n'a pas encore été réalisé, et qui constitue un prérequis pour que la diffusion des ondes de surface autour du point de blocage corresponde précisément à celle responsable de l'effet Hawking autour de l'horizon d'un trou noir. Une autre nouveauté consistera à comparer les données recueillies à des simulations numériques détaillées concernant la diffusion d'ondes de surface dans de tels écoulements.
Dans les expériences des gaz atomiques, on cherchera à atteindre des températures suffisamment basses pour observer la production spontanée de paires de phonons associée à l'amplification des fluctuations du vide. Cette production spontanée conduit à des états bi-partites intriqués. Pour distinguer ces états de ceux obtenus par amplification de fluctuations thermiques, nous mesurerons l'intensité des corrélations entre les deux types de phonons impliqués dans cette amplification paramétrique. Pour valider ces techniques novatrices, nous étudierons dans un premier temps l'effet Casimir dynamique qui est plus simple à réaliser, mais qui est conceptuellement très proche de l'effet Hawking car il conduit lui aussi à la production de paires de phonons corrélés. Dans un second temps, en utilisant les mêmes techniques, nous tenterons d'observer les corrélations entre les paires de phonons émises par effet Hawking.
La conception, la réalisation, et l'analyse de ces expériences seront analysées en étroite collaboration avec les deux équipes théoriques. Les théoriciens seront particulièrement impliqués dans le calcul (numérique) des propriétés spectrales attendues, ce qui permettra d'identifier les conditions optimales pour la réalisation des expériences. Ils calculeront également l'intensité des corrélations entre les phonons partenaires créés en paires. Ceci est nécessaire pour déterminer les domaines (très réduits) de l'espace des paramètres donnant lieu à des violations des inégalités de Cauchy-Schwarz. Finalement, ils seront également impliqués dans la conception des obstacles engendrant des écoulements trans-soniques réguliers où apparaissent des effets hydrodynamiques non-linéaires qui n'ont pas encore été pris en compte dans les travaux existants de gravité analogue.