Ученые создали лабораторный аналог черной дыры

Двое ученых из Юго-Восточного университета (Китай) сконструировали небольшое устройство на базе метаматериалов, моделирующее свойства черной дыры, которая поглощает микроволновое излучение.

Устройство составлено из 60 концентрических колец, которые располагаются на расстоянии 1,8 мм друг от друга; радиус «черной дыры» равняется, таким образом, 108 мм. Все кольца выполнены из тонких печатных плат, на одну сторону которых нанесен слой меди толщиной 0,018 мм, а на другой сформированы наборы металлических элементов разных форм (см. рис. ниже).

На 40 внешних кольцах располагаются элементы в форме буквы I, размеры которых изменяются с продвижением к центру «черной дыры», вследствие чего создается градиент диэлектрической проницаемости. Поверхности 20 колец внутренней части устройства покрыты элементами более сложной формы, резонансная частота которых совпадает с рабочей частотой «черной дыры».

Для экспериментальной проверки конструкции, помещенной в обычную воздушную среду, было использовано электромагнитное излучение с частотой 18 ГГц. Как утверждают ученые, «черная дыра» эффективно «захватывала» излучение, приходящее с любых сторон; поглощенная энергия выделялась в виде тепла. Эти наблюдения подтверждены результатами моделирования.

По мнению авторов, предложенная ими конструкция может использоваться в качестве источника теплового излучения, а также при борьбе с перекрестными помехами в СВЧ-схемах.

Напряженность электрического поля |Ez| при попадании электромагнитного излучения с частотой 18 ГГц в «черную дыру». Вверху - результаты моделирования, внизу - экспериментальные данные. (Здесь и далее иллюстрации авторов работы.)

Внешний вид «черной дыры».

Вверху: зависимость вещественной части диэлектрической проницаемости (ε z ) и магнитной проницаемости (μr и μφ) от размеров элементов внешней части «черной дыры». Внизу: частотная зависимость вещественной и мнимой частей диэлектрической и магнитной проницаемости элементов внутренней части «черной дыры».

Напряженность электрического поля |Ez| при попадании электромагнитного излучения с частотой 50 ГГц в «черную дыру». Моделируются 1, 2, 3 и 8 источников излучения.