Команда вчених успішно імітувала умови чорної діри, створивши квантовий вихор у надплинному гелії, проливаючи світло на гравітаційні взаємодії та квантові теорії поля в викривленому просторі-часі. Вчені вперше створили гігантський квантовий вихор, щоб імітувати чорну діру в надплинному гелії, що дозволило їм більш детально побачити, як аналогові чорні діри поводяться та взаємодіють з навколишнім середовищем.
Дослідження під керівництвом Ноттінгемського університету у співпраці з Королівським коледжем Лондона та Університетом Ньюкасла створили нову експериментальну платформу: квантовий торнадо. Вони створили гігантський закручений вихор у надплинному гелії, охолодженому до найнижчих можливих температур. Завдяки спостереженню динаміки хвилинних хвиль на поверхні надплинної рідини дослідницька група показала, що ці квантові торнадо імітують гравітаційні умови поблизу чорних дір, що обертаються. Дослідження опубліковано сьогодні в Nature.
Авторство зображення: Леонардо Солідоро
Новаторська експериментальна установка
Провідний автор статті, доктор Патрік Сванкара зі Школи математичних наук Ноттінгемського університету пояснює: «Використання надплинного гелію дозволило нам вивчати крихітні поверхневі хвилі більш детально й точніше , ніж у наших попередніх експериментах у воді. Оскільки в’язкість надплинного гелію надзвичайно мала, ми змогли ретельно дослідити їх взаємодію з надплинним торнадо та порівняти результати з нашими власними теоретичними прогнозами».
Команда створила спеціальну кріогенну систему, здатну містити кілька літрів надплинного гелію при температурах нижче -271 °C. При цій температурі рідкий гелій набуває незвичайних квантових властивостей. Ці властивості зазвичай перешкоджають утворенню гігантських вихорів в інших квантових рідинах, таких як ультрахолодні атомні гази або квантові рідини світла. Ця система демонструє, як поверхня надплинного гелію діє як стабілізуюча сила для цих об’єктів.
Уявлення про фізику чорної діри
Дослідники виявили інтригуючі паралелі між вихровим потоком і гравітаційним впливом чорних дір на навколишній простір-час. Це досягнення відкриває нові шляхи для моделювання теорій квантового поля кінцевої температури в складній сфері викривленого простору-часу.
Професор Сілке Вайнфуртнер, яка очолює роботу в Лабораторії чорної діри, де був розроблений цей експеримент, підкреслює важливість цієї роботи: «Коли ми вперше спостерігали чіткі ознаки фізики чорної діри в нашому початковому аналоговому експерименті ще у 2017 році, це був проривний момент. для розуміння деяких химерних явищ, які часто складно, якщо не неможливо, вивчити інакше. Тепер, за допомогою нашого більш складного експерименту, ми вивели це дослідження на наступний рівень, який, зрештою, може привести нас до передбачення поведінки квантових полів у викривленому просторі-часі навколо астрофізичних чорних дір».