Kontrolowany laboratoryjnie wir nadciekły pomaga fizykom dowiedzieć się więcej o zachowaniu czarnych dziur.
Wir generowany przez hel schłodzony zaledwie do ułamka powyżej zera absolutnego naśladuje środowisko grawitacyjne tych obiektów tak precyzyjnie, że daje bezprecedensowy obraz tego, jak czasoprzestrzeń wokół nich jest rozciągana i zniekształcana.
„Wykorzystanie nadciekłego helu pozwoliło nam badać małe fale powierzchniowe z większą szczegółowością i precyzją niż nasze poprzednie eksperymenty na wodzie”. wyjaśnia fizyk Patrick Savantara z Uniwersytetu w Nottingham w Wielkiej Brytanii, który kierował badaniami.
„Ponieważ lepkość nadciekłego helu jest tak mała, mogliśmy dokładnie zbadać jego interakcję z cyklonem nadciekłym i porównać wyniki z naszymi własnymi przewidywaniami teoretycznymi”.
Czarne dziury to prawdopodobnie najdziwniejsze i najbardziej ekstremalne obiekty w całym wszechświecie, zawierające bardzo dziwne rzeczy. Studia też są trudne. Nie emitują żadnego promieniowania, które możemy wykryć; Widzimy jedynie światło z przestrzeni bezpośrednio je otaczającej. Mamy jednak kilka bardzo dobrych badań teoretycznych, które mogą dość dokładnie opisać ich zaobserwowane zachowanie.
Jednym ze sposobów, w jaki możemy dowiedzieć się o nich więcej, jest stworzenie analogów czarnych dziur. Są to eksperymenty, które mogą odtworzyć teorię czarnych dziur, aby wyjaśnić inne aspekty ich zachowania. Jednym z analogicznych typów czarnej dziury jest wir lub wir.
Każda materia, która zbliży się wystarczająco blisko czarnej dziury, zaczyna wirować wokół niej, a następnie opada na nią niczym wirująca i bulgocząca woda w odpływie.
Porównanie to jest tak trafne, że naukowcy zbudowali wiry wodne, aby badać zachowanie czarnych dziur. Jednak Savantara i jego współpracownicy chcieli pójść o krok dalej, używając ultrapłynnego helu.
To izotop helu – hel-4 – schłodzony do -271°C (-456°F), nieco powyżej Zero absolutne. W tak bardzo niskiej temperaturze bozony w helu-4 zwalniają na tyle, że zakłócają i zachowują się jak pojedynczy superatom – lepki płyn lub nadciekłość.
Zespół wykorzystał niezwykłe właściwości kwantowe nadciekłego helu-4 do wygenerowania czegoś w rodzaju „tornada kwantowego”.
„Nadciekły hel zawiera małe obiekty zwane wirami kwantowymi, które mają tendencję do oddalania się od siebie”. – mówi Svančara. „W naszym układzie byliśmy w stanie zamknąć dziesiątki tysięcy tych kwantów w zwartym ciele przypominającym minitornado, osiągając przepływ wirowy o rekordowej sile w świecie płynów kwantowych”.
Badając to tornado, badacze byli w stanie zidentyfikować podobieństwa między przepływem wirowym a wpływem obracającej się czarnej dziury na zakrzywioną czasoprzestrzeń wokół niej. W szczególności badacze zaobserwowali fale stojące podobne do czarnej dziury Kraje z ograniczeniamiWzbudzenie jest podobne do nowo utworzonej czarnej dziury.
A to dopiero początek. Teraz, gdy naukowcy udowodnili, że ich eksperyment działa zgodnie z zamierzeniami, wir może otworzyć nową dziedzinę nauki o czarnych dziurach.
„Kiedy w naszych początkowych badaniach po raz pierwszy zauważyliśmy wyraźne oznaki fizyki czarnych dziur Eksperyment analogowy w 2017 rokuTo był fascynujący moment, aby zrozumieć pewne dziwne zjawiska, których zbadanie w inny sposób jest często trudne, jeśli nie niemożliwe. mówi fizyk Silke Weinfurtner Z Uniwersytetu w Nottingham.
„Teraz, dzięki naszemu najbardziej wyrafinowanemu eksperymentowi, przenieśliśmy te badania na wyższy poziom, co może ostatecznie doprowadzić nas do przewidzenia, jak pola kwantowe zachowują się w zakrzywionej czasoprzestrzeni wokół astrofizycznych czarnych dziur”.
Badanie zostało opublikowane w Natura.
„Amatorski przedsiębiorca. Profesjonalny ekspert od internetu. Człowiek zombie. Nieuleczalny badacz popkultury”.