20년 2024월 XNUMX일(나노 워크 뉴스) 과학자들은 처음으로 초유체 헬륨의 블랙홀을 모방하기 위해 거대한 양자 소용돌이를 만들어 아날로그 블랙홀이 주변 환경과 어떻게 행동하고 상호 작용하는지 더 자세히 볼 수 있게 되었습니다. 노팅엄 대학교(University of Nottingham)가 킹스 칼리지 런던(King's College London) 및 뉴캐슬 대학교(Newcastle University)와 협력하여 주도한 연구에서는 양자 토네이도라는 새로운 실험 플랫폼을 만들었습니다. 그들은 가능한 가장 낮은 온도로 냉각된 초유체 헬륨 내에 거대한 소용돌이 소용돌이를 만들었습니다. 초유체 표면의 미세한 파동 역학 관찰을 통해 연구팀은 이러한 양자 토네이도가 회전하는 블랙홀 근처의 중력 조건을 모방한다는 것을 보여주었습니다. 이 연구는 다음에서 출판되었습니다. 자연 (“거대한 양자 소용돌이에서 회전하는 곡선의 시공간 서명”).
블랙홀 연구에 사용된 실험실의 실험 장치입니다. (이미지: Leonardo Solidoro) 논문의 주요 저자인 노팅엄 대학교 수학 과학부의 Patrik Svancara 박사는 다음과 같이 설명합니다. “초유체 헬륨을 사용하면 이전 실험보다 더 자세하고 정확하게 작은 표면파를 연구할 수 있었습니다. 물 속. 초유체 헬륨의 점도는 극히 작기 때문에 우리는 초유체 토네이도와의 상호 작용을 꼼꼼하게 조사하고 그 결과를 우리 자신의 이론적 예측과 비교할 수 있었습니다.” 팀은 -271°C보다 낮은 온도에서 수 리터의 초유체 헬륨을 담을 수 있는 맞춤형 극저온 시스템을 구축했습니다. 이 온도에서 액체 헬륨은 특이한 양자 특성을 얻습니다. 이러한 특성은 일반적으로 초저온 원자 가스 또는 빛의 양자 유체와 같은 다른 양자 유체에서 거대한 소용돌이의 형성을 방해합니다. 이 시스템은 초유체 헬륨의 경계면이 이러한 물체에 대한 안정화 힘으로 작용하는 방식을 보여줍니다.
Svancara 박사는 계속해서 다음과 같이 말합니다. “초유체 헬륨에는 서로 멀어지는 경향이 있는 양자 소용돌이라고 불리는 작은 물체가 포함되어 있습니다. 우리의 설정에서 우리는 작은 토네이도와 유사한 소형 물체에 수만 개의 양자를 가두어 양자 유체 영역에서 기록적인 강도로 소용돌이 흐름을 달성했습니다." 연구자들은 소용돌이 흐름과 주변 시공간에 대한 블랙홀의 중력 영향 사이의 흥미로운 유사점을 발견했습니다. 이 성과는 곡선 시공간의 복잡한 영역 내에서 유한 온도 양자 장 이론의 시뮬레이션을 위한 새로운 길을 열어줍니다.
이 실험이 개발된 블랙홀 연구소에서 작업을 주도하고 있는 실케 와인푸르트너(Silke Weinfurtner) 교수는 이 작업의 중요성을 다음과 같이 강조합니다. “2017년 초기 아날로그 실험에서 블랙홀 물리학의 명확한 특징을 처음 관찰했을 때 획기적인 순간이었습니다 불가능하지는 않더라도 종종 연구하기 어려운 기괴한 현상 중 일부를 이해하는 데 도움이 됩니다. 이제 보다 정교한 실험을 통해 우리는 이 연구를 다음 단계로 끌어올려 결국 천체물리학 블랙홀 주위의 곡선 시공간에서 양자장이 어떻게 행동하는지 예측할 수 있게 되었습니다.” 이 획기적인 연구는 과학 기술 시설 협의회(Science Technology Facility Council)의 5만 파운드 보조금으로 지원되며, 노팅엄 대학교(University of Nottingham), 뉴캐슬 대학교(Newcastle University) 및 킹스 칼리지 런던(King's College London)을 포함한 영국의 XNUMX개 주요 기관 팀에 배포됩니다. 이 프로젝트는 기초 물리학을 위한 양자 시뮬레이터에 대한 UKRI 네트워크 보조금과 Silke Weinfurtner 교수가 주최하는 Leverhulme 연구 리더 펠로우십의 지원을 받았습니다.
이 연구의 정점은 25년 27월 2025일부터 XNUMX월 XNUMX일까지 노팅엄 대학교 레이크사이드 예술의 Djanogly 갤러리에서 열리는 Cosmic Titans라는 제목의 앰비 전시회에서 축하되고 창의적으로 탐구될 것입니다(영국 및 해외 공연장 순회). 이 전시회는 ARTlab Nottingham이 촉진한 예술가와 과학자 간의 일련의 혁신적인 협력의 결과로 Conrad Shawcross RA를 포함한 선도적인 예술가들이 새로 의뢰한 조각품, 설치물 및 몰입형 예술 작품으로 구성됩니다.
블랙홀 연구에 사용된 실험실의 실험 장치입니다. (이미지: Leonardo Solidoro) 논문의 주요 저자인 노팅엄 대학교 수학 과학부의 Patrik Svancara 박사는 다음과 같이 설명합니다. “초유체 헬륨을 사용하면 이전 실험보다 더 자세하고 정확하게 작은 표면파를 연구할 수 있었습니다. 물 속. 초유체 헬륨의 점도는 극히 작기 때문에 우리는 초유체 토네이도와의 상호 작용을 꼼꼼하게 조사하고 그 결과를 우리 자신의 이론적 예측과 비교할 수 있었습니다.” 팀은 -271°C보다 낮은 온도에서 수 리터의 초유체 헬륨을 담을 수 있는 맞춤형 극저온 시스템을 구축했습니다. 이 온도에서 액체 헬륨은 특이한 양자 특성을 얻습니다. 이러한 특성은 일반적으로 초저온 원자 가스 또는 빛의 양자 유체와 같은 다른 양자 유체에서 거대한 소용돌이의 형성을 방해합니다. 이 시스템은 초유체 헬륨의 경계면이 이러한 물체에 대한 안정화 힘으로 작용하는 방식을 보여줍니다.
Svancara 박사는 계속해서 다음과 같이 말합니다. “초유체 헬륨에는 서로 멀어지는 경향이 있는 양자 소용돌이라고 불리는 작은 물체가 포함되어 있습니다. 우리의 설정에서 우리는 작은 토네이도와 유사한 소형 물체에 수만 개의 양자를 가두어 양자 유체 영역에서 기록적인 강도로 소용돌이 흐름을 달성했습니다." 연구자들은 소용돌이 흐름과 주변 시공간에 대한 블랙홀의 중력 영향 사이의 흥미로운 유사점을 발견했습니다. 이 성과는 곡선 시공간의 복잡한 영역 내에서 유한 온도 양자 장 이론의 시뮬레이션을 위한 새로운 길을 열어줍니다.
이 실험이 개발된 블랙홀 연구소에서 작업을 주도하고 있는 실케 와인푸르트너(Silke Weinfurtner) 교수는 이 작업의 중요성을 다음과 같이 강조합니다. “2017년 초기 아날로그 실험에서 블랙홀 물리학의 명확한 특징을 처음 관찰했을 때 획기적인 순간이었습니다 불가능하지는 않더라도 종종 연구하기 어려운 기괴한 현상 중 일부를 이해하는 데 도움이 됩니다. 이제 보다 정교한 실험을 통해 우리는 이 연구를 다음 단계로 끌어올려 결국 천체물리학 블랙홀 주위의 곡선 시공간에서 양자장이 어떻게 행동하는지 예측할 수 있게 되었습니다.” 이 획기적인 연구는 과학 기술 시설 협의회(Science Technology Facility Council)의 5만 파운드 보조금으로 지원되며, 노팅엄 대학교(University of Nottingham), 뉴캐슬 대학교(Newcastle University) 및 킹스 칼리지 런던(King's College London)을 포함한 영국의 XNUMX개 주요 기관 팀에 배포됩니다. 이 프로젝트는 기초 물리학을 위한 양자 시뮬레이터에 대한 UKRI 네트워크 보조금과 Silke Weinfurtner 교수가 주최하는 Leverhulme 연구 리더 펠로우십의 지원을 받았습니다.
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- 출처: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64887.php
