Model kvantového hologramu černé díry v grafenu. Kredit: Chen et al. (2018), American Physical Society.

Člověk by si řekl, že grafen už nemůže překvapit. Že tenhle úžasný 2D materiál má natolik široké aplikace, že už to více ani nejde. Ale to byste se spletli. Fyzici teď totiž tvrdí, že z grafenu je možné udělat černou díru. Přesněji řečeno kvantový hologram černé díry vhodný pro abstraktní experimenty, i tak to ale zní úžasně.

Mladá fyzička Anffany Chen z Univerzity Britské Kolumbie a její mezinárodní tým ve své prozatím zcela teoretické studii tvrdí, že když magnetické pole působí na malé grafenové vločky nepravidelného tvaru, tak se z takové grafenové vločky stane kvantový hologram černé díry. Jinými slovy, grafenová nanovločka v takovém případě získá prostorovou strukturu a další vlastnosti černé díry, i když v mnohem menším systému o méně rozměrech. Jejich práci nedávno publikoval časopis Physical Review Letters.

Jak říkají autoři výzkumu, i tak populární a intenzivně studovaný materiál, jako je grafen, může za jistých okolností nalézt velmi nové a vzrušující použití. Podařilo se jim prokázat, že elektrony v grafenových nanovločkách s nepravidelnými okraji mohou během působení magnetického pole fungovat jako takzvaný model Sachdev-Ye-Kitaev (SYK).

Anffany Chen vpravo. Kredit: TRIUMF.

Sachdev-Ye-Kitaev je kvantově mechanický model, který podle badatelů ilustruje určitý typ holografické duality. Podle této představy může být systém o více rozměrech, v tomto případě černá díra v (1+1)-rozměrném časoprostoru, reprezentován systémem o méně rozměrech, konkrétně elektrony v grafenu, které se vyskytují v (0+1)-rozměrném časoprostoru.

Zmíněná holografická dualita, kterou vyjadřuje model Sachdev-Ye-Kitaev, je obzvláště zajímavá. Zahrnuje totiž některé charakteristické vlastnosti černých děr. Badatelé rovněž věří, že jim grafenový model černé díry pomůže zodpovědět palčivé otázky, týkající se vztahu mezi kvantovou mechanikou a gravitací.

Podaří se nám někdy pořádně simulovat černou díru? Kredit: NASA.

Podle autorů studie je právě model Sachdev-Ye-Kitaev pro fyziky velmi přitažlivý, protože by měl obsahovat holografický popis kvantové černé díry. Řada z největších záhad dnešní fyziky podle nich leží na horké hranici mezi Einsteinovou obecnou relativitou makrosvěta a kvantovou mechanikou mikrosvěta. Chen a spol. jsou přesvědčeni, že z modelu SYK bychom v tomto směru mohli vyčíst leccos zajímavého.

Velkou výhodou kvantového hologramu černé díry na grafenové nanovločce je to, že na rozdíl od jiných systémů navržených pro model Sachdev-Ye-Kitaev, vlastně nevyžaduje žádné extrémně pokročilé výrobní postupy. Podle všeho bude možné takový model vytvořit s již existujícími technologiemi. Stačí sehnat grafenové nanovločky s velmi nepravidelným okrajem a volně prostupným vnitřkem, díky čemuž budou mít vlnové funkce elektronů v takové vločce náhodnou prostorovou strukturu. Pak bychom se mohli dočkat kvantového hologramu na grafenové nanovločce.

Video:   Alexei Kitaev: "Black holes and the SYK model"


Video:  The Sachdev-Ye-Kitaev quantum mechanics model, black holes, and random matrices - Douglas Stanford


Literatura
Phys.org 25. 7. 2018, Physical Review Letters 121: 036403.