O primeiro “furacão quântico” desse tipo bate recorde na simulação de um buraco negro

Um vórtice superfluido controlado por laboratório está ajudando os físicos a aprender mais sobre o comportamento dos buracos negros.

O vórtice gerado pelo hélio resfriado a apenas uma fração acima do zero absoluto imita o ambiente gravitacional desses objetos com tanta precisão que dá uma visão sem precedentes de como o espaço-tempo ao seu redor é puxado e distorcido.

“O uso de hélio superfluido nos permitiu estudar pequenas ondas superficiais com maior detalhe e precisão do que nossos experimentos anteriores em água.” explica o físico Patrick Savantara, da Universidade de Nottingham, no Reino Unido, que liderou a pesquisa.

“Como a viscosidade do hélio superfluido é tão pequena, fomos capazes de investigar cuidadosamente sua interação com o ciclone superfluido e comparar os resultados com nossas próprias previsões teóricas.”

Os buracos negros são possivelmente os objetos mais estranhos e extremos de todo o universo, que contêm coisas muito estranhas. Também é difícil estudar. Eles não emitem nenhuma radiação que possamos detectar; Só podemos ver a luz do espaço que os rodeia diretamente. Mas temos alguns estudos teóricos muito bons que podem descrever o comportamento observado com bastante precisão.

Uma maneira de aprender mais sobre eles é criar análogos de buracos negros. São experimentos que podem recriar a teoria dos buracos negros para elucidar outros aspectos de seu comportamento. Um tipo analógico de buraco negro é um vórtice ou vórtice.

Qualquer matéria que se aproxime o suficiente do buraco negro começa a girar em torno dele e depois cai sobre ele, como água girando e gorgolejando por um ralo.

Esta comparação é tão acertada que os cientistas construíram vórtices de água para estudar o comportamento dos buracos negros. No entanto, Savantara e seus colegas queriam dar um passo adiante, usando hélio ultrafluido.

Este é um isótopo de hélio – hélio-4 – que foi resfriado a -271°C (-456°F), logo acima Zero absoluto. A esta temperatura muito baixa, os bósons do hélio-4 desaceleram o suficiente para interferir e se comportar como um único superátomo – um fluido viscoso, ou superfluido.

A equipe usou as propriedades quânticas incomuns do superfluido de hélio-4 para gerar uma espécie de “tornado quântico”.

“O hélio superfluido contém pequenos objetos chamados vórtices quânticos, que tendem a se espalhar uns dos outros.” “Svančara diz. “Em nossa configuração, fomos capazes de confinar dezenas de milhares desses quanta em um corpo compacto semelhante a um minitornado, alcançando um fluxo de vórtice de força recorde no mundo dos fluidos quânticos.”

Ao estudar este tornado, os investigadores conseguiram identificar semelhanças entre o fluxo do vórtice e o efeito de um buraco negro em rotação no espaço-tempo curvo que o rodeia. Em particular, os investigadores observaram ondas estacionárias semelhantes a um buraco negro Países restritosA excitação é semelhante à de um buraco negro recém-formado.

E isto é apenas o começo. Agora que os investigadores provaram que a sua experiência funciona da forma pretendida, o vórtice está preparado para abrir um novo campo da ciência dos buracos negros.

“Quando notamos pela primeira vez assinaturas claras da física dos buracos negros em nossa pesquisa inicial Experimento analógico em 2017Foi um momento fascinante para compreender alguns fenômenos estranhos que muitas vezes são difíceis, senão impossíveis, de estudar de outra forma. diz a física Silke Weinfurtner Da Universidade de Nottingham.

“Agora, com a nossa experiência mais sofisticada, levamos esta investigação para o próximo nível, o que pode eventualmente levar-nos a prever como os campos quânticos se comportam no espaço-tempo curvo em torno de buracos negros astrofísicos.”

A pesquisa foi publicada em natureza.