quantum tornado mimic black hole physics
© Leonardo SolidoroKvantni vrtlog u eksperimentu sa supertekućim helijem
Fizičari su uspjeli kontrolirati superfluidni vrtlog u laboratoriju, što im pomaže u boljem razumijevanju ponašanja crnih rupa. Vrtlog stvoren u heliju ohlađenom gotovo do apsolutne nule simulira gravitacijsko okruženje ovih objekata s tolikom preciznošću da pruža neviđeni uvid u to kako one vuku i iskrivljuju prostor-vrijeme oko sebe.

"Korištenje superfluidnog helija omogućilo nam je detaljnije i preciznije proučavanje malih površinskih valova nego s našim prethodnim eksperimentima u vodi", objašnjava fizičar Patrik Švančara s Sveučilišta u Nottinghamu u Velikoj Britaniji, koji je vodio istraživanje.

"Budući da je viskoznost superfluidnog helija izuzetno mala, mogli smo pažljivo istražiti njihovu interakciju s superfluidnim tornadom i usporediti nalaze s našim vlastitim teorijskim projekcijama."

slika
© Universal Images Group preko Getty ImagesKoncepcija ovog umjetnika ilustrira jednu od najprimitivnijih poznatih supermasivnih crnih rupa (središnja crna točka) u jezgri mlade galaksije bogate zvijezdama
Crne rupe su vjerojatno najčudniji i najekstremniji objekti u cijelom svemiru punom vrlo čudnih stvari. Također su notorno teški za proučavanje. Ne emitiraju nikakvo zračenje koje možemo detektirati; možemo vidjeti samo svjetlost iz svemira neposredno oko njih. Ali imamo neke vrlo dobre teorijske studije koje mogu prilično točno opisati njihovo promatrano ponašanje.

Stvaranje crnih rupa

Jedan način da saznamo više o njima je stvaranje analoga crnih rupa. To su eksperimenti koji mogu rekreirati teoriju crnih rupa kako bi objasnili druge aspekte njihova ponašanja. Jedan tip analoga crnih rupa je vrtlog. Bilo koji materijal koji se dovoljno približi crnoj rupi počinje se vrtjeti oko nje, a zatim pada na nju, poput vode koja kruži i žubori niz odvod.

Tako je prikladna ta usporedba da su znanstvenici čak izgradili vrtloge vode kako bi proučavali ponašanje crnih rupa. Švančara i njegove kolege, međutim, željeli su otići korak dalje - s superfluidnim helijem. To je izotop helija - helij-4 - koji je ohlađen na -271 stupanj Celzijevih, tek malo iznad apsolutne nule. Na ovako iznimno niskoj temperaturi, bozoni u heliju-4 dovoljno uspore kako bi se preklapali i ponašali kao jedan super-atom - tekućina s nultom
balck hole
© Leonardo SolidoroEksperimentalna postavka helijevog 'kvantnog tornada' u laboratoriju za istraživanje crnih rupa
Tim je iskoristio neobična kvantna svojstva superfluidnog helija-4 kako bi generirao vrstu 'kvantnog tornada'. "Superfluidni helij sadrži male objekte nazvane kvantni vrtlozi, koji se obično šire jedan od drugog", kaže Švančara. "U našem postavljanju uspjeli smo zadržati desetke tisuća tih kvantnih vrtloga u kompaktnom objektu sličnom malom tornadu, postižući vrtložni tok s rekordno jakim intenzitetom u području kvantnih tekućina."

Otključavaju novo područje

Proučavajući ovaj tornado, istraživači su mogli identificirati sličnosti između vrtloga i utjecaja okretanja crne rupe na zakrivljenost prostor-vremena oko nje. Posebno su promatrali stajaće valove analogne vezanim stanjima crnih rupa i uzbuđenjima analogne vibracijama novonastale crne rupe.

A to je tek početak. Sada kada su istraživači dokazali da njihov eksperiment radi onako kako su namjeravali, vrtlog je spreman otključati novo područje znanosti o crnim rupama.

"Kada smo prvi put uočili jasne znakove fizike crnih rupa u našem početnom analognom eksperimentu još 2017. godine, to je bio probojni trenutak za razumijevanje nekih bizarnih fenomena koji su često izazovni, ako ne i nemogući, za proučavanje na drugi način", kaže fizičarka Silke Weinfurtner s Sveučilišta u Nottinghamu.

"Sada, s našim složenijim eksperimentom, podigli smo ovu istraživačku temu na višu razinu, što bi nas na kraju moglo dovesti do predviđanja ponašanja kvantnih polja u zakrivljenim prostor-vremenima oko astrofizičkih crnih rupa."