20 mars 2024 (Nanowerk Nyheter) Forskare har för första gången skapat en gigantisk kvantvirvel för att efterlikna ett svart hål i superfluid helium som har gjort det möjligt för dem att se mer detaljerat hur analoga svarta hål beter sig och interagerar med sin omgivning. Forskning ledd av University of Nottingham, i samarbete med King's College London och Newcastle University, har skapat en ny experimentell plattform: en kvanttornado. De har skapat en gigantisk virvlande virvel i superfluid helium som kyls till lägsta möjliga temperaturer. Genom observation av små vågdynamik på superfluidens yta har forskargruppen visat att dessa kvanttromber härmar gravitationsförhållanden nära roterande svarta hål. Forskningen har publicerats i Natur ("Roterande krökta rumtidssignaturer från en gigantisk kvantvirvel").
Experimentell uppsättning i labbet som användes i forskningen om svarta hål. (Bild: Leonardo Solidoro) Uppsatsens huvudförfattare, Dr Patrik Svancara från School of Mathematical Sciences vid University of Nottingham förklarar: "Att använda superfluid helium har gjort det möjligt för oss att studera små ytvågor i större detalj och noggrannhet än med våra tidigare experiment i vatten. Eftersom viskositeten hos superfluid helium är extremt liten, kunde vi noggrant undersöka deras interaktion med superfluid-tornadon och jämföra resultaten med våra egna teoretiska prognoser." Teamet konstruerade ett skräddarsytt kryogent system som kan innehålla flera liter superfluid helium vid temperaturer lägre än -271 °C. Vid denna temperatur får flytande helium ovanliga kvantegenskaper. Dessa egenskaper hindrar typiskt bildandet av gigantiska virvlar i andra kvantvätskor som ultrakalla atomgaser eller kvantvätskor av ljus, detta system visar hur gränssnittet av superfluid helium fungerar som en stabiliserande kraft för dessa objekt.
Dr Svancara fortsätter: "Superfluid helium innehåller små föremål som kallas kvantvirvlar, som tenderar att spridas isär från varandra. I vår uppsättning har vi lyckats begränsa tiotusentals av dessa kvantor i ett kompakt föremål som liknar en liten tromb, vilket uppnår ett virvelflöde med rekordstor styrka i kvantvätskors rike." Forskare upptäckte spännande paralleller mellan virvelflödet och gravitationspåverkan från svarta hål på den omgivande rumtiden. Denna prestation öppnar nya vägar för simuleringar av kvantfältsteorier med ändlig temperatur inom det komplexa området av krökta rumtider.
Professor Silke Weinfurtner, som leder arbetet i Black Hole Laboratory där detta experiment utvecklades, lyfter fram betydelsen av detta arbete: "När vi först observerade tydliga signaturer av svarta håls fysik i vårt första analoga experiment tillbaka 2017, var det ett genombrottsögonblick. för att förstå några av de bisarra fenomen som ofta är utmanande, om inte omöjliga, att studera på annat sätt. Nu, med vårt mer sofistikerade experiment, har vi tagit den här forskningen till nästa nivå, vilket så småningom kan leda oss att förutsäga hur kvantfält beter sig i krökta rumstider runt astrofysiska svarta hål." Denna banbrytande forskning finansieras av ett anslag på 5 miljoner pund från Science Technology Facilities Council, fördelat på team vid sju ledande brittiska institutioner, inklusive University of Nottingham, Newcastle University och King's College London. Projektet har också stötts av både UKRI Network-anslaget för kvantsimulatorer för fundamental fysik och Leverhulme Research Leaders Fellowship som innehas av professor Silke Weinfurtner.
Kulmen på denna forskning kommer att firas och utforskas kreativt i en ambi-utställning med titeln Cosmic Titans på Djanogly Gallery, Lakeside Arts, University of Nottingham, från 25 januari till 27 april 2025 (och turnerar till arenor i Storbritannien och utomlands). Utställningen kommer att bestå av nybeställda skulpturer, installationer och uppslukande konstverk av ledande konstnärer inklusive Conrad Shawcross RA som är resultatet av en serie innovativa samarbeten mellan konstnärer och forskare under ledning av ARTlab Nottingham.
Experimentell uppsättning i labbet som användes i forskningen om svarta hål. (Bild: Leonardo Solidoro) Uppsatsens huvudförfattare, Dr Patrik Svancara från School of Mathematical Sciences vid University of Nottingham förklarar: "Att använda superfluid helium har gjort det möjligt för oss att studera små ytvågor i större detalj och noggrannhet än med våra tidigare experiment i vatten. Eftersom viskositeten hos superfluid helium är extremt liten, kunde vi noggrant undersöka deras interaktion med superfluid-tornadon och jämföra resultaten med våra egna teoretiska prognoser." Teamet konstruerade ett skräddarsytt kryogent system som kan innehålla flera liter superfluid helium vid temperaturer lägre än -271 °C. Vid denna temperatur får flytande helium ovanliga kvantegenskaper. Dessa egenskaper hindrar typiskt bildandet av gigantiska virvlar i andra kvantvätskor som ultrakalla atomgaser eller kvantvätskor av ljus, detta system visar hur gränssnittet av superfluid helium fungerar som en stabiliserande kraft för dessa objekt.
Dr Svancara fortsätter: "Superfluid helium innehåller små föremål som kallas kvantvirvlar, som tenderar att spridas isär från varandra. I vår uppsättning har vi lyckats begränsa tiotusentals av dessa kvantor i ett kompakt föremål som liknar en liten tromb, vilket uppnår ett virvelflöde med rekordstor styrka i kvantvätskors rike." Forskare upptäckte spännande paralleller mellan virvelflödet och gravitationspåverkan från svarta hål på den omgivande rumtiden. Denna prestation öppnar nya vägar för simuleringar av kvantfältsteorier med ändlig temperatur inom det komplexa området av krökta rumtider.
Professor Silke Weinfurtner, som leder arbetet i Black Hole Laboratory där detta experiment utvecklades, lyfter fram betydelsen av detta arbete: "När vi först observerade tydliga signaturer av svarta håls fysik i vårt första analoga experiment tillbaka 2017, var det ett genombrottsögonblick. för att förstå några av de bisarra fenomen som ofta är utmanande, om inte omöjliga, att studera på annat sätt. Nu, med vårt mer sofistikerade experiment, har vi tagit den här forskningen till nästa nivå, vilket så småningom kan leda oss att förutsäga hur kvantfält beter sig i krökta rumstider runt astrofysiska svarta hål." Denna banbrytande forskning finansieras av ett anslag på 5 miljoner pund från Science Technology Facilities Council, fördelat på team vid sju ledande brittiska institutioner, inklusive University of Nottingham, Newcastle University och King's College London. Projektet har också stötts av både UKRI Network-anslaget för kvantsimulatorer för fundamental fysik och Leverhulme Research Leaders Fellowship som innehas av professor Silke Weinfurtner.
Kulmen på denna forskning kommer att firas och utforskas kreativt i en ambi-utställning med titeln Cosmic Titans på Djanogly Gallery, Lakeside Arts, University of Nottingham, från 25 januari till 27 april 2025 (och turnerar till arenor i Storbritannien och utomlands). Utställningen kommer att bestå av nybeställda skulpturer, installationer och uppslukande konstverk av ledande konstnärer inklusive Conrad Shawcross RA som är resultatet av en serie innovativa samarbeten mellan konstnärer och forskare under ledning av ARTlab Nottingham.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64887.php
