Ученые впервые создали гигантский квантовый вихрь, имитирующий черную дыру в сверхтекучем гелии, что позволило им детально изучить поведение и взаимодействие аналогов черных дыр со своим окружением.
В новаторском исследовании, проведенном университетом Ноттингема в сотрудничестве с Королевским колледжем Лондона и Университетом Ньюкасла, ученые создали уникальную экспериментальную платформу: квантовый торнадо. В эксперименте был создан гигантский вихревой воронок в сверхтекучем гелии, охлажденном до самых низких возможных температур.
Наблюдения за мельчайшими динамическими волнами на поверхности сверхтекучей жидкости показали, что эти квантовые торнадо имитируют гравитационные условия около вращающихся черных дыр. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
“Использование сверхтекучего гелия позволило нам изучить мелкие поверхностные волны с большей детализацией и точностью, чем в предыдущих экспериментах с водой. Благодаря крайне низкой вязкости сверхтекучего гелия, мы смогли тщательно исследовать их взаимодействие с квантовым торнадо и сравнить результаты с нашими теоретическими прогнозами.”
- Д-р Патрик Сванцара, ведущий автор статьи, Школа математических наук Университета Ноттингема
Команда исследователей создала специальную криогенную систему, способную содержать несколько литров сверхтекучего гелия при температурах ниже -271°C. При этой температуре жидкий гелий приобретает необычные квантовые свойства, что обычно препятствует формированию гигантских вихрей в других квантовых жидкостях, таких как ультрахолодные атомные газы или квантовые жидкости света. Однако в данной системе интерфейс сверхтекучего гелия выступает в роли стабилизирующей силы для этих объектов.
“Сверхтекучий гелий содержит мелкие объекты, называемые квантовыми вихрями, которые обычно стремятся отдаляться друг от друга. В нашей установке нам удалось собрать десятки тысяч этих квантов в компактный объект, похожий на маленький торнадо, достигнув потока вихря с рекордной силой в области кванантовых жидкостей.”
- Д-р Патрик Сванцара, ведущий исследователь
Исследователи обнаружили увлекательные параллели между потоком вихря и гравитационным влиянием черных дыр на окружающее пространство-время. Это достижение открывает новые пути для симуляций квантовых полевых теорий при конечных температурах в сложных областях искривленного пространства-времени.
“Когда мы впервые наблюдали четкие признаки физики черных дыр в нашем начальном аналоговом эксперименте в 2017 году, это был прорывной момент для понимания некоторых странных явлений, которые часто бывают сложными, если не невозможными для изучения иным способом.”
- Профессор Сильке Вайнфуртнер, руководитель исследовательской группы
Теперь, благодаря более сложному эксперименту, исследование вышло на новый уровень, что в будущем может позволить нам предсказать поведение квантовых полей в искривленных пространствах-временах вокруг астрофизических черных дыр.
Нет комментариев