Kwantowe tornado pomaga badać czarne dziury

Zespół fizyków z University of Nottingham, King's College London i Newcastle University opracował nową metodę badania czarnych dziur. Badacze nazwali ją kwantowym tornadem. Udało im się bowiem uzyskać szczególnego typu wir w nadciekłym helu. Mówiąc w uproszczeniu, hel w takim stanie ma tak niską temperaturę, że o jego zachowaniu decydują zjawiska kwantowe.

"Użycie naciekłego helu pozwoliło nam badać małe powierzchniowe fale z większą dokładnością, niż wcześniejsze eksperymenty z wykorzystaniem wody. Lepkość nadciekłego helu jest niezwykłe mała, więc byliśmy w stanie precyzyjnie mierzyć interakcje tych fal z nadciekłym tornadem i porównać wyniki z naszymi teoretycznymi przewidywaniami" - opowiada dr Patrik Svancara, główny autor publikacji, która ukazała się w magazynie "Nature" (https://www.nature.com/articles/s41586-024-07176-8).

Jego zespół zbudował kriogeniczny układ zdolny do ochłodzenia kilku litrów helu do temperatury minus 271 st. C. W innych nadciekłych substancjach pojawiające się wtedy zjawiska kwantowe utrudniają powstawanie dużych wirów, jednak w helu można je ustabilizować. "Nadciekły hel zawiera małe obiekty zwane kwantowymi wirami, które mają tendencję do oddalania się od siebie. W naszym układzie zdołaliśmy jednak zmieścić dziesiątki tysięcy tych kwantów w małym obiekcie przypominającym tornado. W kwantowej cieczy uzyskaliśmy w ten sposób wirowy przepływ o rekordowej sile" - wyjaśnia ekspert.

Ruch kwantowych wirów do złudzenia przypomina grawitacyjne oddziaływanie z przestrzenią obracających się czarnych dziur. To nowa droga do symulacji tych zjawisk w laboratorium - podkreślają badacze. "Kiedy w naszych pierwszych eksperymentach prowadzonych w 2017 roku, po raz pierwszy zaobserwowaliśmy wyraźne sygnatury fizyki czarnych dziur, wiedzieliśmy, że to przełomowy moment dla zrozumienia niektórych nietypowych zjawisk, których badanie było dotąd bardzo trudne, jeśli nie niemożliwe. Teraz, dzięki naszemu zaawansowanemu eksperymentowi, przenieśliśmy te badania na następny poziom. Może nas to doprowadzić do zrozumienia, jak pola kwantowe zachowują się w zakrzywionej czasoprzestrzeni wokół astrofizycznych czarnych dziur" - tłumaczy jeden z naukowców, prof. Silke Weinfurtner.

Marek Matacz