Maggio 30, 2024

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Il primo “uragano quantistico” di questo tipo stabilisce un record per la simulazione di un buco nero

Il primo “uragano quantistico” di questo tipo stabilisce un record per la simulazione di un buco nero

Un vortice superfluido controllato in laboratorio sta aiutando i fisici a saperne di più sul comportamento dei buchi neri.

Il vortice generato dall’elio raffreddato fino a una frazione sopra lo zero assoluto imita l’ambiente gravitazionale di questi oggetti in modo così preciso da fornire uno sguardo senza precedenti su come lo spazio-tempo attorno a loro viene tirato e distorto.

“L’uso dell’elio superfluido ci ha permesso di studiare piccole onde superficiali con maggiore dettaglio e precisione rispetto ai nostri precedenti esperimenti in acqua”. spiega il fisico Patrick Savantara dell'Università di Nottingham nel Regno Unito, che ha guidato la ricerca.

“Poiché la viscosità dell’elio superfluido è così piccola, siamo stati in grado di studiare attentamente la sua interazione con il ciclone superfluido e confrontare i risultati con le nostre previsioni teoriche”.

I buchi neri sono probabilmente gli oggetti più strani ed estremi dell'intero universo che contiene cose molto strane. È anche difficile studiare. Non emettono alcuna radiazione che possiamo rilevare; Possiamo vedere solo la luce proveniente dallo spazio che li circonda direttamente. Ma disponiamo di alcuni ottimi studi teorici che possono descrivere il comportamento osservato in modo abbastanza accurato.

Un modo per saperne di più su di essi è creare analoghi ai buchi neri. Si tratta di esperimenti che possono ricreare la teoria dei buchi neri per chiarire altri aspetti del loro comportamento. Un tipo analogo di buco nero è un vortice o vortice.

Qualsiasi materia che si avvicina abbastanza al buco nero inizia a turbinare attorno ad esso, quindi cade su di esso, come l'acqua che vortica e gorgoglia in uno scarico.

Questo confronto è così appropriato che gli scienziati hanno costruito vortici d’acqua per studiare il comportamento del buco nero. Tuttavia, Savantara e i suoi colleghi hanno voluto fare un ulteriore passo avanti, utilizzando l’elio ultrafluido.

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Si tratta di un isotopo dell'elio – elio-4 – che è stato raffreddato a -271°C (-456°F), appena sopra Zero Assoluto. A questa temperatura molto fredda, i bosoni dell’elio-4 rallentano abbastanza da interferire e comportarsi come un singolo superatomo: un fluido viscoso, o superfluido.

L'esperimento del team, con un vortice che ruota attorno all'elio superfluido. (Leonardo Solidoro)

Il team ha utilizzato le insolite proprietà quantistiche del superfluido elio-4 per generare una sorta di “tornado quantistico”.

“L’elio superfluido contiene piccoli oggetti chiamati vortici quantistici, che tendono a diffondersi l’uno dall’altro”. “Dice Svančara. “Nella nostra configurazione, siamo stati in grado di confinare decine di migliaia di questi quanti in un corpo compatto simile a un mini-tornado, ottenendo un flusso di vortici di forza record nel mondo dei fluidi quantistici”.

Studiando questo tornado, i ricercatori sono stati in grado di identificare somiglianze tra il flusso del vortice e l’effetto di un buco nero rotante sullo spaziotempo curvo attorno ad esso. In particolare, i ricercatori hanno osservato onde stazionarie simili a un buco nero Paesi soggetti a restrizioniL'eccitazione è simile a quella di un buco nero appena formato.

E questo è solo l'inizio. Ora che i ricercatori hanno dimostrato che il loro esperimento funziona come previsto, il vortice è pronto ad aprire un nuovo campo nella scienza dei buchi neri.

“Quando abbiamo osservato per la prima volta chiari segni della fisica dei buchi neri nel nostro studio iniziale Esperimento analogico nel 2017È stato un momento affascinante per comprendere alcuni strani fenomeni che spesso sono difficili, se non impossibili, da studiare altrimenti. dice il fisico Silke Weinfurtner Dall'Università di Nottingham.

“Ora, con il nostro esperimento più sofisticato, abbiamo portato questa ricerca a un livello superiore, che potrebbe portarci a prevedere come si comportano i campi quantistici nello spazio-tempo curvo attorno ai buchi neri astrofisici”.

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La ricerca è stata pubblicata in natura.