April 16, 2024

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Der erste „Quantenhurrikan“ seiner Art stellt einen Rekord für die Simulation eines Schwarzen Lochs auf

Der erste „Quantenhurrikan“ seiner Art stellt einen Rekord für die Simulation eines Schwarzen Lochs auf

Ein im Labor kontrollierter Superflüssigkeitswirbel hilft Physikern, mehr über das Verhalten von Schwarzen Löchern zu erfahren.

Der durch auf einen Bruchteil über den absoluten Nullpunkt abgekühltes Helium erzeugte Wirbel ahmt die Gravitationsumgebung dieser Objekte so genau nach, dass er einen beispiellosen Einblick in die Spannung und Verzerrung der Raumzeit um sie herum ermöglicht.

„Der Einsatz von superflüssigem Helium hat es uns ermöglicht, kleine Oberflächenwellen detaillierter und präziser zu untersuchen als unsere vorherigen Experimente in Wasser.“ erklärt der Physiker Patrick Savantara von der University of Nottingham im Vereinigten Königreich, der die Forschung leitete.

„Da die Viskosität von superflüssigem Helium so gering ist, konnten wir seine Wechselwirkung mit dem supraflüssigen Zyklon sorgfältig untersuchen und die Ergebnisse mit unseren eigenen theoretischen Vorhersagen vergleichen.“

Schwarze Löcher sind möglicherweise die seltsamsten und extremsten Objekte im gesamten Universum, das sehr seltsame Dinge enthält. Es ist auch schwierig zu lernen. Sie geben keine Strahlung ab, die wir wahrnehmen können; Wir können nur Licht aus dem Raum sehen, der sie direkt umgibt. Aber wir haben einige sehr gute theoretische Studien, die ihr beobachtetes Verhalten ziemlich genau beschreiben können.

Eine Möglichkeit, mehr über sie zu erfahren, besteht darin, Analoga von Schwarzen Löchern zu erstellen. Hierbei handelt es sich um Experimente, die die Theorie der Schwarzen Löcher nachbilden können, um andere Aspekte ihres Verhaltens aufzuklären. Eine analoge Art von Schwarzen Löchern ist ein Wirbel oder Wirbel.

Jede Materie, die nahe genug an das Schwarze Loch herankommt, beginnt um es herumzuwirbeln und fällt dann darauf, wie Wasser, das in einen Abfluss wirbelt und gurgelt.

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Dieser Vergleich ist so treffend, dass Wissenschaftler Wasserwirbel gebaut haben, um das Verhalten von Schwarzen Löchern zu untersuchen. Savantara und seine Kollegen wollten jedoch noch einen Schritt weiter gehen und ultraflüssiges Helium verwenden.

Dabei handelt es sich um ein Heliumisotop – Helium-4 – das auf knapp über –271 °C (-456 °F) abgekühlt wurde Absoluter Nullpunkt. Bei dieser sehr kalten Temperatur werden die Bosonen in Helium-4 so langsam, dass sie interferieren und sich wie ein einzelnes Superatom verhalten – eine viskose Flüssigkeit oder Superflüssigkeit.

Das Experiment des Teams mit einem Wirbel, der um superflüssiges Helium rotiert. (Leonardo Solidoro)

Das Team nutzte die ungewöhnlichen Quanteneigenschaften des Helium-4-Superfluids, um eine Art „Quantentornado“ zu erzeugen.

„Superflüssiges Helium enthält kleine Objekte, sogenannte Quantenwirbel, die dazu neigen, sich voneinander zu entfernen.“ „Sagt Svančara. „In unserem Aufbau konnten wir Zehntausende dieser Quanten in einem kompakten Körper einschließen, der einem Mini-Tornado ähnelte, und so einen Wirbelstrom von Rekordstärke in der Welt der Quantenflüssigkeiten erreichen.“

Durch die Untersuchung dieses Tornados konnten Forscher Ähnlichkeiten zwischen der Wirbelströmung und der Wirkung eines rotierenden Schwarzen Lochs auf die gekrümmte Raumzeit um es herum identifizieren. Insbesondere beobachteten die Forscher stehende Wellen, die einem Schwarzen Loch ähneln Eingeschränkte LänderDie Anregung ähnelt einem neu gebildeten Schwarzen Loch.

Und das ist erst der Anfang. Nachdem die Forscher nun bewiesen haben, dass ihr Experiment wie beabsichtigt funktioniert, ist der Vortex bereit, ein neues Feld der Schwarzlochforschung zu eröffnen.

„Als wir in unserer ersten Forschung zum ersten Mal klare Anzeichen der Physik Schwarzer Löcher bemerkten Analoges Experiment im Jahr 2017Es war ein faszinierender Moment, einige seltsame Phänomene zu verstehen, die auf andere Weise oft schwer, wenn nicht gar unmöglich, zu untersuchen sind. sagt Physikerin Silke Weinfurtner Von der University of Nottingham.

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„Mit unserem anspruchsvollsten Experiment haben wir diese Forschung nun auf die nächste Ebene gebracht, die uns schließlich dazu führen könnte, vorherzusagen, wie sich Quantenfelder in der gekrümmten Raumzeit um astrophysikalische Schwarze Löcher verhalten.“

Die Forschung wurde veröffentlicht in Natur.