Araştırmacılar, kara delik dinamiklerini incelemek için süperakışkan helyumda bir kuantum girdabı oluşturdular ve yenilikçi kriyojenik deneyler yoluyla kuantum alanlarına ve kavisli uzay zamanlarına dair yeni bilgiler ortaya çıkardılar. Kredi bilgileri: SciTechDaily.com
Bilim adamlarından oluşan bir ekip başarıyla taklit etti Kara delik Süperakışkan helyumda bir kuantum girdabı yaratarak, kavisli uzay-zamanlardaki yerçekimsel etkileşimlere ve kuantum alan teorilerine ışık tutarak koşulların iyileştirilmesini sağlar.
Bilim adamları ilk kez süperakışkan helyumdaki bir kara deliği taklit etmek için dev bir kuantum girdabı yarattılar; bu, analog kara deliklerin nasıl davrandığını ve çevreleriyle nasıl etkileşime girdiğini daha ayrıntılı olarak görmelerine olanak sağladı.
Liderliğindeki araştırma Nottingham ÜniversitesiKing’s College London ve Newcastle Üniversitesi ile işbirliği içinde yeni bir deneysel platform yarattı: bir kuantum kasırgası. Süperakışkan helyumun içinde, mümkün olan en düşük sıcaklıklara kadar soğutulmuş, dönen dev bir girdap yarattılar. Araştırma ekibi, süperakışkanın yüzeyindeki çok küçük dalga dinamiklerini gözlemleyerek, bu kuantum kasırgalarının, dönen kara deliklerin yakınındaki yerçekimsel koşulları taklit ettiğini gösterdi. Araştırma bugün yayımlandı Doğa.
Kara delik araştırmasında kullanılan laboratuvardaki deney düzeneği. Kredi bilgileri: Leonardo Solidoro
Çığır Açan Deneysel Kurulum
Makalenin başyazarı, Nottingham Üniversitesi Matematik Bilimleri Okulu’ndan Dr. Patrik Svancara şöyle açıklıyor: “Süper akışkan helyum kullanmak, küçük yüzey dalgalarını daha ayrıntılı olarak incelememize olanak sağladı ve kesinlik sudaki önceki deneylerimize göre. Süperakışkan helyumun viskozitesi son derece küçük olduğundan, bunların süperakışkan kasırgayla etkileşimini titizlikle araştırabildik ve bulguları kendi teorik tahminlerimizle karşılaştırabildik.”
Ekip, -271 °C’nin altındaki sıcaklıklarda birkaç litre süperakışkan helyum içerebilen özel bir kriyojenik sistem inşa etti. Bu sıcaklıkta sıvı helyum alışılmadık kuantum özellikleri kazanır. Bu özellikler tipik olarak ultra soğuk atomik gazlar veya kuantum ışık sıvıları gibi diğer kuantum sıvılarında dev girdapların oluşumunu engeller; bu sistem, süperakışkan helyum arayüzünün bu nesneler için nasıl dengeleyici bir kuvvet olarak davrandığını gösterir.
Dr. Svancara şöyle devam ediyor: “Süper akışkan helyum, kuantum girdapları adı verilen ve birbirinden ayrılma eğiliminde olan küçük nesneler içerir. Kurulumumuzda, bu kuantumlardan onbinlercesini küçük bir kasırgaya benzeyen kompakt bir nesneye hapsetmeyi başardık ve kuantum sıvıları alanında rekor kıran güçte bir girdap akışı elde ettik.”
Süperakışkan helyum deneyinde Kuantum Vortex. Kredi bilgileri: Leonardo Solidoro
Kara Delik Fiziğine İlişkin Bilgiler
Araştırmacılar girdap akışı ile kara deliklerin çevredeki uzay-zaman üzerindeki kütleçekimsel etkisi arasında ilgi çekici paralellikler ortaya çıkardılar. Bu başarı, kavisli uzay-zamanların karmaşık dünyasında sonlu sıcaklık kuantum alan teorilerinin simülasyonları için yeni yollar açıyor.
Bu deneyin geliştirildiği Kara Delik Laboratuvarı’nda çalışmayı yöneten Profesör Silke Weinfurtner, bu çalışmanın önemini şöyle vurguluyor: “2017’deki ilk analog deneyimizde kara delik fiziğinin açık işaretlerini ilk kez gözlemlediğimizde, bu bir dönüm noktasıydı. Aksi takdirde incelenmesi imkansız olmasa da çoğu zaman zorlayıcı olan bazı tuhaf olayları anlamak için. Şimdi, daha karmaşık deneylerimizle bu araştırmayı bir sonraki seviyeye taşıdık; bu da sonunda astrofiziksel kara deliklerin etrafındaki kavisli uzay-zamanlarda kuantum alanlarının nasıl davrandığını tahmin etmemize yol açabilir.”
Referans: Patrik Švančara, Pietro Smaniotto, Leonardo Solidoro, James F. MacDonald, Sam Patrick, Ruth Gregory, Carlo F. Barenghi ve Silke Weinfurtner tarafından yazılan “Dev bir kuantum girdabından dönen kavisli uzay-zaman imzaları”, 20 Mart 2024, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-024-07176-8
Bu çığır açıcı araştırma, Nottingham Üniversitesi, Newcastle Üniversitesi ve King’s College London dahil olmak üzere İngiltere’nin önde gelen yedi kurumundaki ekipler arasında dağıtılan Bilim Teknoloji Tesisleri Konseyi’nden alınan 5 milyon £ tutarındaki bir hibe ile finanse edilmektedir. Proje ayrıca UKRI Ağının Temel Fizik için Kuantum Simülatörleri bağışı ve Profesör Silke Weinfurtner tarafından düzenlenen Leverhulme Araştırma Liderleri Bursu tarafından da desteklendi.
Bu araştırmanın doruk noktası, başlıklı bir ambiyans sergisinde kutlanacak ve yaratıcı bir şekilde incelenecek. Kozmik Titanlar Djanogly Galerisi, Lakeside Arts, Nottingham Üniversitesi’nde, 25 Ocak – 27 Nisan 2025 tarihleri arasında (ve Birleşik Krallık’taki ve yurt dışındaki mekanlara turne). Sergi, ARTlab Nottingham’ın kolaylaştırdığı, sanatçılar ve bilim adamları arasındaki bir dizi yenilikçi işbirliğinin sonucu olarak Conrad Shawcross RA dahil olmak üzere önde gelen sanatçılara ait yeni sipariş edilen heykeller, enstalasyonlar ve sürükleyici sanat eserlerinden oluşacak. Sergi, kara deliklere ve Evrenimizin doğuşuna ilişkin yaratıcı ve teorik araştırmaları bir araya getirecek.
