Les physiciens montrent que les trous noirs et l’état dense des gluons – les particules de “colle” qui maintiennent la matière nucléaire ensemble – partagent des caractéristiques communes

Le degré élevé d’ordre dans le CGC et les trous noirs est entraîné par chaque système contenant la quantité maximale “d’informations” quantiques possibles sur les caractéristiques des particules. Cela inclut leurs distributions spatiales, leurs vitesses et leurs forces collectives. De telles limites sur le contenu “d’information” sont universelles. Cela signifie que la recherche suggère que la science de l’information quantique pourrait fournir de nouveaux principes d’organisation pour comprendre ces systèmes très différents. La correspondance mathématique entre ces systèmes signifie également que l’étude de chacun peut améliorer notre compréhension de l’autre. Les comparaisons des ondes de choc gravitationnelles dans les fusions de trous noirs avec les ondes de choc des gluons dans les collisions nucléaires sont particulièrement intéressantes.

Les scientifiques étudient la force forte dans les collisions nucléaires. Par exemple, au Relativistic Heavy Ion Collider, une installation utilisatrice du Département de l’énergie, les noyaux atomiques accélérés à une vitesse proche de la vitesse de la lumière deviennent des parois denses de gluons connues sous le nom de condensat de verre coloré (CGC). Lorsque les noyaux entrent en collision, le CGC évolue pour former un liquide presque parfait de quarks et de gluons, les éléments constitutifs fondamentaux qui composent toute la matière visible. Bien que la force forte opère à des échelles subatomiques, cette analyse récente par des scientifiques de l’Université Ludwig Maximilian de Munich, de l’Institut Max Planck de physique et du Laboratoire national de Brookhaven montre que CGC partage des caractéristiques avec les trous noirs, d’énormes conglomérats de gravitons qui exercent une force gravitationnelle à travers l’univers.

Les deux ensembles de particules auto-interagissantes semblent s’organiser d’une manière qui satisfait une limite universelle sur la quantité d’entropie, ou de désordre, qui peut exister dans chaque système. Cette correspondance mathématique indique des similitudes entre la formation, la thermalisation et la désintégration des trous noirs et ce qui se passe lorsque des parois de gluons entrent en collision lors de collisions nucléaires à des vitesses ultrarelativistes – proches de la vitesse de la lumière. La limite d’entropie à l’origine de cette correspondance est liée au conditionnement maximal de l’information – une caractéristique clé de la science de l’information quantique (QIS). Le QIS peut donc éclairer davantage la compréhension des scientifiques sur les gluons, les gravitons, le CGC et les trous noirs. Cette approche peut également faire progresser la conception d’ordinateurs quantiques qui utilisent des atomes froids pour simuler et répondre à des questions sur ces systèmes complexes.

Cette recherche a été soutenue par le Department of Energy Office of Science, le programme de physique nucléaire, la Fondation Humboldt et la Fondation allemande pour la recherche.