Een laboratoriumgestuurde superfluïde vortex helpt natuurkundigen meer te leren over het gedrag van zwarte gaten.
De vortex die wordt gegenereerd door helium dat is afgekoeld tot slechts een fractie boven het absolute nulpunt, bootst de zwaartekrachtomgeving van deze objecten zo nauwkeurig na dat het een ongekende kijk geeft op hoe de ruimte-tijd om hen heen wordt getrokken en vervormd.
“Het gebruik van supervloeibaar helium heeft ons in staat gesteld kleine oppervlaktegolven gedetailleerder en nauwkeuriger te bestuderen dan onze eerdere experimenten in water.” legt natuurkundige Patrick Savantara van de Universiteit van Nottingham in Groot-Brittannië uit, die het onderzoek leidde.
“Omdat de viscositeit van supervloeibaar helium zo klein is, konden we de interactie ervan met de supervloeibare cycloon zorgvuldig onderzoeken en de resultaten vergelijken met onze eigen theoretische voorspellingen.”
Zwarte gaten zijn misschien wel de vreemdste en meest extreme objecten in het hele universum die zeer vreemde dingen bevatten. Het is ook moeilijk om te studeren. Ze zenden geen straling uit die wij kunnen waarnemen; We kunnen alleen licht zien vanuit de ruimte er direct omheen. Maar we hebben een aantal zeer goede theoretische onderzoeken die hun waargenomen gedrag vrij nauwkeurig kunnen beschrijven.
Eén manier waarop we er meer over kunnen leren, is door analogen van zwarte gaten te maken. Dit zijn experimenten die de theorie van zwarte gaten kunnen herscheppen om andere aspecten van hun gedrag te verhelderen. Eén analoog type zwart gat is een vortex of vortex.
Alle materie die dicht genoeg bij het zwarte gat komt, begint eromheen te wervelen en valt er vervolgens op, zoals water dat door een afvoer kolkt en gorgelt.
Deze vergelijking is zo treffend dat wetenschappers watervortexen hebben gebouwd om het gedrag van zwarte gaten te bestuderen. Savantara en zijn collega's wilden echter nog een stap verder gaan, met behulp van ultravloeibaar helium.
Dit is een heliumisotoop – helium-4 – die is afgekoeld tot -271°C (-456°F), net boven Absolute nulpunt. Bij deze zeer lage temperatuur vertragen de bosonen in helium-4 voldoende om te interfereren en gedragen ze zich als een enkel superatoom: een stroperige vloeistof of supervloeistof.
Het team gebruikte de ongebruikelijke kwantumeigenschappen van helium-4-supervloeistof om een soort 'kwantumtornado' te genereren.
“Superfluïde helium bevat kleine objecten die kwantumwervelingen worden genoemd en die de neiging hebben zich uit elkaar te verspreiden.” ' zegt Svančara. “In onze opstelling konden we tienduizenden van deze quanta opsluiten in een compact lichaam dat op een mini-tornado leek, waardoor een wervelstroom van recordsterkte werd bereikt in de wereld van kwantumvloeistoffen.”
Door deze tornado te bestuderen konden onderzoekers overeenkomsten identificeren tussen de vortexstroming en het effect van een roterend zwart gat op de gekromde ruimtetijd eromheen. In het bijzonder hebben onderzoekers staande golven waargenomen die lijken op een zwart gat Beperkte landenDe excitatie is vergelijkbaar met die van een nieuw gevormd zwart gat.
En dit is nog maar het begin. Nu de onderzoekers hebben bewezen dat hun experiment werkt zoals ze bedoelden, staat de vortex klaar om een nieuw veld van zwarte gatenwetenschap te openen.
“Toen we in ons eerste onderzoek voor het eerst duidelijke kenmerken van de fysica van zwarte gaten waarnamen Analoog experiment in 2017Het was een fascinerend moment om enkele vreemde verschijnselen te begrijpen die vaak moeilijk, zo niet onmogelijk, zijn om op een andere manier te bestuderen. zegt natuurkundige Silke Weinfurtner Van de Universiteit van Nottingham.
“Nu hebben we met ons meest geavanceerde experiment dit onderzoek naar een hoger niveau getild, wat er uiteindelijk toe zou kunnen leiden dat we kunnen voorspellen hoe kwantumvelden zich gedragen in de gekromde ruimte-tijd rond astrofysische zwarte gaten.”
Het onderzoek is gepubliceerd in natuur.
“Reizende ninja. Onruststoker. Spekonderzoeker. Expert in extreme alcohol. Verdediger van zombies.”
More Stories
Het ruimtevaartuig van Elon Musk op de stapel vóór de vierde testvlucht
Hoe oud ben ik? Vraag het aan mijn buis
UBCO-onderzoekers geven discussie over lichaamsbeweging en diabetes – Kelowna News