Quantum tornado giver indgang til at forstå sorte huller
Forskere har for første gang skabt en gigantisk kvantehvirvel for at efterligne et sort hul i superfluid helium, der har givet dem mulighed for at se mere detaljeret, hvordan analoge sorte huller opfører sig og interagerer med deres omgivelser.
Forskning ledet af University of Nottingham i samarbejde med King's College London og Newcastle University har skabt en ny eksperimentel platform:en kvantetornado. De har skabt en kæmpe hvirvlende hvirvel i superflydende helium, der er afkølet til de lavest mulige temperaturer.
Gennem observation af små bølgedynamik på superfluidens overflade har forskerholdet vist, at disse kvantetornadoer efterligner gravitationsforhold nær roterende sorte huller. Forskningen er blevet publiceret i Nature .
Hovedforfatter af papiret, Dr. Patrik Svancara fra School of Mathematical Sciences ved University of Nottingham forklarer:"Brug af superfluid helium har givet os mulighed for at studere små overfladebølger mere detaljeret og nøjagtigt end med vores tidligere eksperimenter i vand. Som viskositeten af superfluid helium er ekstremt lille, vi var i stand til omhyggeligt at undersøge deres interaktion med den superfluid tornado og sammenligne resultaterne med vores egne teoretiske fremskrivninger."
Holdet konstruerede et skræddersyet kryogent system, der var i stand til at indeholde adskillige liter superfluid helium ved temperaturer lavere end -271°C. Ved denne temperatur får flydende helium usædvanlige kvanteegenskaber. Disse egenskaber hindrer typisk dannelsen af gigantiske hvirvler i andre kvantevæsker såsom ultrakolde atomgasser eller kvantevæsker af lys. Dette system demonstrerer, hvordan grænsefladen af superfluid helium fungerer som en stabiliserende kraft for disse objekter.
Dr. Svancara fortsætter, "Superfluid helium indeholder bittesmå genstande kaldet kvantehvirvler, som har tendens til at sprede sig adskilt fra hinanden. I vores opsætning har vi formået at begrænse titusindvis af disse kvanter i en kompakt genstand, der ligner en lille tornado. , at opnå en hvirvelstrøm med rekordstor styrke inden for kvantevæsker."
Forskere afslørede spændende paralleller mellem hvirvelstrømmen og tyngdekraftens indflydelse af sorte huller på den omgivende rumtid. Denne præstation åbner nye veje for simuleringer af finite-temperatur kvantefeltteorier inden for det komplekse område af buede rumtider.
Professor Silke Weinfurtner, der leder arbejdet i Black Hole Laboratory, hvor dette eksperiment blev udviklet, siger:"Da vi første gang observerede klare signaturer af sorte huls fysik i vores indledende analoge eksperiment tilbage i 2017, var det et gennembrudsøjeblik for at forstå nogle af de bizarre fænomener, som ofte er udfordrende, hvis ikke umulige, at studere på anden vis.
"Nu, med vores mere sofistikerede eksperiment, har vi taget denne forskning til næste niveau, hvilket i sidste ende kan føre os til at forudsige, hvordan kvantefelter opfører sig i buede rumtider omkring astrofysiske sorte huller."
Kulminationen af denne forskning vil blive fejret og kreativt udforsket i en ambi-udstilling med titlen "Cosmic Titans" på Djanogly Gallery, Lakeside Arts, University of Nottingham, fra 25. januar til 27. april 2025 (og turnere til spillesteder i Storbritannien og i udlandet ).
Udstillingen vil omfatte nyligt bestilte skulpturer, installationer og fordybende kunstværker af førende kunstnere, herunder Conrad Shawcross RA, som er resultatet af en række innovative samarbejder mellem kunstnere og videnskabsmænd faciliteret af ARTlab Nottingham. Udstillingen vil forene kreative og teoretiske undersøgelser af sorte huller og fødslen af vores univers.
Flere oplysninger: Silke Weinfurtner, Roterende buede rumtidssignaturer fra en gigantisk kvantehvirvel, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07176-8. www.nature.com/articles/s41586-024-07176-8
Journaloplysninger: Natur
Leveret af University of Nottingham
Varme artikler
-
Forsømt atom har topegenskaber for atomureForskere ved Center for Quantum Technologies ved National University of Singapore bygger et første atom-ur af sin slags ved hjælp af elementet lutetium. Kredit:Center for Quantum Technologies, Nationa -
Fugtig luft kan forlænge levetiden for virusfyldte aerosoldråberFarvekort, der viser, hvor lang tid en fritfaldende 100 mikron dråbe ved en begyndelseshøjde på 1,6 meter påvirkes af temperatur og fugtighed. For relative fugtigheder (RH) og temperaturer (T) under d -
Kaster nyt lys på nanolasere ved hjælp af 2-D halvledereCun-Zheng Ning, professor i elektroteknik ved Ira A. Fulton Schools of Engineering ved Arizona State University, og samarbejdspartnere fra Tsinghua University i Kina opdagede en fysikproces, der gør d -
Udvikling af kvantealgoritmer til optimeringsproblemerIllustration af en kvantecomputerchip. Kredit:iStock Fremtidens kvantecomputere lover at løse komplekse problemer hurtigere end almindelige computere. For eksempel, de kan faktorisere store tal ek
- En social robot til at forbedre børns håndskriftsevner
- Brug af lasere til at visualisere molekylære mysterier i vores atmosfære
- Fysikere afslører eksperimentel verifikation af en vigtig kilde til hurtig genforbindelse af magnet…
- Billede:Farverne i Saturns ringe
- DNA-nanostrukturer designet til lægemiddellevering er fortsat en teknisk udfordring
- Hvilke organer hjælper den menneskelige krop med at slippe af med affald produceret af celler?