20 de março de 2024 (Notícias do Nanowerk) Os cientistas criaram pela primeira vez um vórtice quântico gigante para imitar um buraco negro no hélio superfluido, o que lhes permitiu ver com mais detalhes como os buracos negros analógicos se comportam e interagem com o seu entorno. Pesquisas lideradas pela Universidade de Nottingham, em colaboração com o King's College London e a Universidade de Newcastle, criaram uma nova plataforma experimental: um tornado quântico. Eles criaram um vórtice giratório gigante dentro do hélio superfluido que é resfriado às temperaturas mais baixas possíveis. Através da observação da dinâmica das ondas minúsculas na superfície do superfluido, a equipe de pesquisa mostrou que esses tornados quânticos imitam as condições gravitacionais próximas a buracos negros em rotação. A pesquisa foi publicada em Natureza (“Rotação de assinaturas curvas do espaço-tempo de um vórtice quântico gigante”).
Montagem experimental no laboratório utilizado na pesquisa do buraco negro. (Imagem: Leonardo Solidoro) Autor principal do artigo, Dr. Patrik Svancara, da Escola de Ciências Matemáticas da Universidade de Nottingham, explica: “O uso de hélio superfluido nos permitiu estudar pequenas ondas de superfície com maior detalhe e precisão do que em nossos experimentos anteriores. na água. Como a viscosidade do hélio superfluido é extremamente pequena, fomos capazes de investigar meticulosamente sua interação com o tornado superfluido e comparar as descobertas com nossas próprias projeções teóricas.” A equipe construiu um sistema criogênico personalizado capaz de conter vários litros de hélio superfluido em temperaturas inferiores a -271°C. A esta temperatura o hélio líquido adquire propriedades quânticas incomuns. Essas propriedades normalmente impedem a formação de vórtices gigantes em outros fluidos quânticos, como gases atômicos ultrafrios ou fluidos quânticos de luz. Este sistema demonstra como a interface do superfluido hélio atua como uma força estabilizadora para esses objetos.
O Dr. Svancara continua: “O hélio superfluido contém pequenos objetos chamados vórtices quânticos, que tendem a se espalhar uns dos outros. Em nossa configuração, conseguimos confinar dezenas de milhares desses quanta em um objeto compacto semelhante a um pequeno tornado, alcançando um fluxo de vórtice com força recorde no reino dos fluidos quânticos.” Os investigadores descobriram paralelos intrigantes entre o fluxo do vórtice e a influência gravitacional dos buracos negros no espaço-tempo circundante. Esta conquista abre novos caminhos para simulações de teorias quânticas de campos de temperatura finita dentro do complexo reino dos espaços-tempos curvos.
A professora Silke Weinfurtner, que lidera o trabalho no Laboratório de Buracos Negros onde esta experiência foi desenvolvida, destaca a importância deste trabalho: “Quando observámos pela primeira vez assinaturas claras da física dos buracos negros na nossa experiência analógica inicial em 2017, foi um momento inovador. para compreender alguns dos fenômenos bizarros que muitas vezes são desafiadores, se não impossíveis, de estudar de outra forma. Agora, com a nossa experiência mais sofisticada, levámos esta investigação para o próximo nível, o que poderá eventualmente levar-nos a prever como os campos quânticos se comportam em espaços-tempos curvos em torno de buracos negros astrofísicos.” Esta pesquisa inovadora é financiada por uma doação de £ 5 milhões do Science Technology Facilities Council, distribuída entre equipes de sete importantes instituições do Reino Unido, incluindo a Universidade de Nottingham, a Universidade de Newcastle e o King's College London. O projeto também foi apoiado pela bolsa da Rede UKRI em Simuladores Quânticos para Física Fundamental e pela Leverhulme Research Leaders Fellowship, mantida pela Professora Silke Weinfurtner.
O culminar desta investigação será celebrado e explorado criativamente numa exposição ambi intitulada Cosmic Titans na Djanogly Gallery, Lakeside Arts, The University of Nottingham, de 25 de janeiro a 27 de abril de 2025 (e em digressão por locais no Reino Unido e no estrangeiro). A exposição incluirá esculturas, instalações e obras de arte imersivas recentemente encomendadas por artistas importantes, incluindo Conrad Shawcross RA, que resultam de uma série de colaborações inovadoras entre artistas e cientistas facilitadas pelo ARTlab Nottingham.
Montagem experimental no laboratório utilizado na pesquisa do buraco negro. (Imagem: Leonardo Solidoro) Autor principal do artigo, Dr. Patrik Svancara, da Escola de Ciências Matemáticas da Universidade de Nottingham, explica: “O uso de hélio superfluido nos permitiu estudar pequenas ondas de superfície com maior detalhe e precisão do que em nossos experimentos anteriores. na água. Como a viscosidade do hélio superfluido é extremamente pequena, fomos capazes de investigar meticulosamente sua interação com o tornado superfluido e comparar as descobertas com nossas próprias projeções teóricas.” A equipe construiu um sistema criogênico personalizado capaz de conter vários litros de hélio superfluido em temperaturas inferiores a -271°C. A esta temperatura o hélio líquido adquire propriedades quânticas incomuns. Essas propriedades normalmente impedem a formação de vórtices gigantes em outros fluidos quânticos, como gases atômicos ultrafrios ou fluidos quânticos de luz. Este sistema demonstra como a interface do superfluido hélio atua como uma força estabilizadora para esses objetos.
O Dr. Svancara continua: “O hélio superfluido contém pequenos objetos chamados vórtices quânticos, que tendem a se espalhar uns dos outros. Em nossa configuração, conseguimos confinar dezenas de milhares desses quanta em um objeto compacto semelhante a um pequeno tornado, alcançando um fluxo de vórtice com força recorde no reino dos fluidos quânticos.” Os investigadores descobriram paralelos intrigantes entre o fluxo do vórtice e a influência gravitacional dos buracos negros no espaço-tempo circundante. Esta conquista abre novos caminhos para simulações de teorias quânticas de campos de temperatura finita dentro do complexo reino dos espaços-tempos curvos.
A professora Silke Weinfurtner, que lidera o trabalho no Laboratório de Buracos Negros onde esta experiência foi desenvolvida, destaca a importância deste trabalho: “Quando observámos pela primeira vez assinaturas claras da física dos buracos negros na nossa experiência analógica inicial em 2017, foi um momento inovador. para compreender alguns dos fenômenos bizarros que muitas vezes são desafiadores, se não impossíveis, de estudar de outra forma. Agora, com a nossa experiência mais sofisticada, levámos esta investigação para o próximo nível, o que poderá eventualmente levar-nos a prever como os campos quânticos se comportam em espaços-tempos curvos em torno de buracos negros astrofísicos.” Esta pesquisa inovadora é financiada por uma doação de £ 5 milhões do Science Technology Facilities Council, distribuída entre equipes de sete importantes instituições do Reino Unido, incluindo a Universidade de Nottingham, a Universidade de Newcastle e o King's College London. O projeto também foi apoiado pela bolsa da Rede UKRI em Simuladores Quânticos para Física Fundamental e pela Leverhulme Research Leaders Fellowship, mantida pela Professora Silke Weinfurtner.
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- Fonte: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64887.php
