20 年 2024 月 XNUMX 日 (Nanowerkニュース) 科学者たちは、超流動ヘリウムの中にブラック ホールを模倣する巨大な量子渦を初めて作成し、アナログ ブラック ホールがどのように動作し、周囲と相互作用するかをより詳細に観察できるようになりました。ノッティンガム大学が主導する研究は、キングス・カレッジ・ロンドンおよびニューカッスル大学と協力して、新しい実験プラットフォームである量子トルネードを作成しました。彼らは、可能な限り低い温度まで冷却された超流動ヘリウムの中に巨大な渦巻きを作り出しました。研究チームは、超流体表面の微細な波動の観察を通じて、これらの量子竜巻が回転するブラックホール近くの重力条件を模倣していることを示した。この研究は、 自然 (「巨大な量子渦からの回転する湾曲した時空の特徴」).
ブラックホール研究に使用される研究室に設置された実験装置。 (画像: Leonardo Solidoro) この論文の筆頭著者であるノッティンガム大学数理科学部のパトリック・スヴァンカラ博士は次のように説明しています。水中で。 超流動ヘリウムの粘度は非常に小さいため、超流動竜巻との相互作用を注意深く調査し、その結果を私たち自身の理論的予測と比較することができました。」研究チームは、-271 °C 以下の温度で数リットルの超流動ヘリウムを収容できる特注の極低温システムを構築しました。 この温度では、液体ヘリウムは異常な量子特性を獲得します。 これらの特性は通常、極低温の原子ガスや光の量子流体などの他の量子流体における巨大な渦の形成を妨げます。このシステムは、超流動ヘリウムの界面がこれらの物体の安定化力としてどのように機能するかを示しています。
スヴァンカラ博士はさらに次のように続けています。「超流動ヘリウムには量子渦と呼ばれる小さな物体が含まれており、それらは互いに離れて広がる傾向があります。 私たちのセットアップでは、これらの量子数万を小さな竜巻に似たコンパクトな物体に閉じ込めることに成功し、量子流体の領域で記録を破る強さの渦流を実現しました。」研究者らは、渦流とブラックホールが周囲の時空に及ぼす重力の影響との間に興味深い類似点を発見した。 この成果は、湾曲した時空の複雑な領域内での有限温度場の量子理論のシミュレーションに新たな道を切り開きます。
この実験が開発されたブラックホール研究所の研究を主導するシルケ・ワインフルトナー教授は、この研究の重要性を次のように強調しています。不可能ではないにしても、他の方法で研究するのはしばしば困難な、いくつかの奇妙な現象を理解するためです。 今回、より洗練された実験により、私たちはこの研究を次のレベルに引き上げ、最終的には天体物理学のブラックホールの周りの曲がった時空で量子場がどのように振る舞うかを予測することにつながる可能性があります。」この画期的な研究は、科学技術施設評議会からの 5 万ポンドの助成金によって資金提供されており、ノッティンガム大学、ニューカッスル大学、キングス カレッジ ロンドンを含む英国の主要 XNUMX 機関のチームに配分されています。 このプロジェクトは、基礎物理学のための量子シミュレーターに関する UKRI ネットワーク助成金と、シルケ・ワインフルトナー教授が主催するレバーフルム研究リーダーズ・フェローシップの両方によっても支援されています。
この研究の集大成は、25年27月2025日からXNUMX月XNUMX日までノッティンガム大学レイクサイド・アーツのジャノグリ・ギャラリーで開催される「コズミック・タイタンズ」と題されたアンビ展で祝われ、創造的に探究される予定である（英国および海外の会場も巡回）。 この展覧会は、ARTlab Nottinghamが促進したアーティストと科学者の一連の革新的なコラボレーションの結果として生まれた、コンラッド・ショークロスRAを含む一流アーティストによる新たに依頼された彫刻、インスタレーション、没入型アート作品で構成されます。
ブラックホール研究に使用される研究室に設置された実験装置。 (画像: Leonardo Solidoro) この論文の筆頭著者であるノッティンガム大学数理科学部のパトリック・スヴァンカラ博士は次のように説明しています。水中で。 超流動ヘリウムの粘度は非常に小さいため、超流動竜巻との相互作用を注意深く調査し、その結果を私たち自身の理論的予測と比較することができました。」研究チームは、-271 °C 以下の温度で数リットルの超流動ヘリウムを収容できる特注の極低温システムを構築しました。 この温度では、液体ヘリウムは異常な量子特性を獲得します。 これらの特性は通常、極低温の原子ガスや光の量子流体などの他の量子流体における巨大な渦の形成を妨げます。このシステムは、超流動ヘリウムの界面がこれらの物体の安定化力としてどのように機能するかを示しています。
スヴァンカラ博士はさらに次のように続けています。「超流動ヘリウムには量子渦と呼ばれる小さな物体が含まれており、それらは互いに離れて広がる傾向があります。 私たちのセットアップでは、これらの量子数万を小さな竜巻に似たコンパクトな物体に閉じ込めることに成功し、量子流体の領域で記録を破る強さの渦流を実現しました。」研究者らは、渦流とブラックホールが周囲の時空に及ぼす重力の影響との間に興味深い類似点を発見した。 この成果は、湾曲した時空の複雑な領域内での有限温度場の量子理論のシミュレーションに新たな道を切り開きます。
この実験が開発されたブラックホール研究所の研究を主導するシルケ・ワインフルトナー教授は、この研究の重要性を次のように強調しています。不可能ではないにしても、他の方法で研究するのはしばしば困難な、いくつかの奇妙な現象を理解するためです。 今回、より洗練された実験により、私たちはこの研究を次のレベルに引き上げ、最終的には天体物理学のブラックホールの周りの曲がった時空で量子場がどのように振る舞うかを予測することにつながる可能性があります。」この画期的な研究は、科学技術施設評議会からの 5 万ポンドの助成金によって資金提供されており、ノッティンガム大学、ニューカッスル大学、キングス カレッジ ロンドンを含む英国の主要 XNUMX 機関のチームに配分されています。 このプロジェクトは、基礎物理学のための量子シミュレーターに関する UKRI ネットワーク助成金と、シルケ・ワインフルトナー教授が主催するレバーフルム研究リーダーズ・フェローシップの両方によっても支援されています。
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- 情報源： https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64887.php
