Bbabo NET

Наука и Технологија Вести

Научници су створили квантни торнадо у суперфлуидном хелијуму: нови корак ка разумевању физике акреције црне рупе

Региони око црних рупа су оштра, турбулентна окружења којом управља физика недоступна другде у универзуму. Истраживачки тим предвођен научницима са Универзитета у Нотингему успео је да проучава ове појаве у лабораторијским условима. Створили су вртложни квантни вртлог у суперфлуидном хелијуму охлађеном на ултра-хладне температуре, у суштини симулирајући црну рупу на Земљи.

„Квантни торнадо“ је створио сићушне таласе на површини суперфлуидне течности која има посебно својство - одсуство трења и других егзотичних карактеристика примећених на скоро апсолутној нули. Као резултат интеракције таласа са квантним вртлогом, створени су услови слични онима који се јављају у близини ротирајућих црних рупа.

„Коришћење суперфлуидног хелијума омогућило нам је да проучавамо површинске таласе детаљније и прецизније него у претходним експериментима са водом. Захваљујући веома ниској вискозности суперфлуидног хелијума, били смо у могућности да пажљиво проучимо њихову интеракцију са квантним вртлогом и упоредимо резултате са нашим теоријским предвиђањима“, рекао је Патрик Сванкара, вођа истраживачке групе са Универзитета у Нотингему.

Да бисмо разумели зашто овај експеримент помаже да се боље разуме природа црних рупа, можемо се вратити на општу теорију релативности, коју је Алберт Ајнштајн увео 1915. године. Према овој теорији, простор и време су једно, а гравитација се јавља када масивни објекти савијају простор-време.

Црне рупе су области простор-времена које ствара изузетно густа и компактна маса - сингуларност у којој се крше уобичајени закони физике. Спољна граница ових региона, названа хоризонт догађаја, је део иза којег чак ни фотони нису довољно брзи да напусте хоризонт догађаја.

Црне рупе карактеришу три позната параметра: електрични набој, маса и угаони момент (спин). Вртећа црна рупа, позната као Керова црна рупа, има угаони момент и вуче простор-време заједно са собом у правцу своје ротације. Ово је ефекат познат као ефекат Ленсе-Тхиринг, назван по научницима који су га први предложили.

Узимајући у обзир како Ленз-Тхирингов ефекат и понашање материје око Керове црне рупе утичу на околни регион, научници су сугерисали да је вртлог у течности или торнадо у атмосфери груби аналог таквих региона простор-времена. Међутим, оно што је потпуно ново је да овај вртлог, који симулира црну рупу, раније није примећен у претходним експериментима спроведеним са обичном течношћу. Реализовано је у суперфлуидном медију, охлађеном на скоро апсолутну нулу.

Да би спровео експеримент, истраживачки тим је развио посебан криогени систем за неколико литара хелијума, охлађеног на температуру испод -271 степен Целзијуса. Ово је 3-4 степена изнад апсолутне нуле, што је -273,15 степени Целзијуса. Апсолутна нула је теоретски најнижа могућа температура на којој престаје кретање атома.

На температурама достигнутим у експерименту, течни хелијум стиче квантна својства која не дозвољавају стварање великих вртлога. Тим истраживача је направио "квантни торнадо" у ултра-хладном суперфлуиду користећи много малих компоненти.

„Суперфлуидни хелијум садржи квантне вртлоге, који обично имају тенденцију да се разиђу. Успели смо да прикупимо десетине хиљада ових квантних вртлога у компактан објекат који је личио на мали торнадо, који је створио вртложни ток рекордне снаге у контексту квантних течности“, објаснио је Сванкара.

Истраживачи су открили паралеле између "квантног торнада" и како гравитација црних рупа утиче на простор-време. Тим се нада да би њихов експеримент могао отворити пут дубљим симулацијама квантне физике у закривљеном простор-времену, укључујући моделирање егзотичних својстава простор-времена око црних рупа.

„Када смо први пут приметили јасне знаке физике црне рупе у нашем првом аналогном експерименту 2017. године, то је био тренутак прелома за разумевање неких сложених феномена које може бити тешко, ако не и немогуће, проучавати. Сада, уз помоћ сложенијег експеримента, подигли смо ово истраживање на нови ниво, што би на крају могло довести до предвиђања понашања квантних поља у закривљеном простор-времену око астрофизичких црних рупа“, рекла је Силке Веинфуртнер, шефица Лабораторија за црне рупе, где је спроведен експеримент.

Научници су створили квантни торнадо у суперфлуидном хелијуму: нови корак ка разумевању физике акреције црне рупе