実験室で制御される超流体渦は、物理学者がブラック ホールの挙動についてさらに学ぶのに役立ちます。
絶対零度をわずかに超える程度まで冷却されたヘリウムによって生成される渦は、これらの物体の重力環境を非常に正確に模倣するため、それらの周囲の時空がどのように引っ張られ、歪むかについて前例のない外観を与えることができます。
「超流動ヘリウムを使用することで、これまでの水中での実験よりも詳細かつ正確に小さな表面波を研究できるようになりました。」 研究を主導した英国ノッティンガム大学の物理学者パトリック・サヴァンタラ氏はこう説明する。
「超流動ヘリウムの粘度は非常に小さいため、超流動サイクロンとの相互作用を注意深く調査し、その結果を私たち自身の理論的予測と比較することができました。」
ブラックホールは、おそらく非常に奇妙なものを含む全宇宙の中で最も奇妙で最も極端な物体です。 勉強するのも大変です。 彼らは私たちが検出できるような放射線を放出しません。 私たちはそれらを直接取り囲む空間からの光しか見ることができません。 しかし、観察された行動を非常に正確に説明できる非常に優れた理論的研究がいくつかあります。
それらについてさらに学ぶための 1 つの方法は、ブラック ホールの類似物を作成することです。 これらは、ブラック ホールの理論を再現して、ブラック ホールの動作の他の側面を解明できる実験です。 ブラック ホールのアナログ タイプの 1 つは渦巻きです。
ブラックホールに十分に近づく物質は、水が渦を巻いて排水溝を流れていくように、ブラックホールの周りで渦を巻き始め、ブラックホールの上に落ちます。
この比較は非常に適切であるため、科学者はブラックホールの挙動を研究するために水の渦を構築しました。 しかし、サヴァンタラ氏と彼の同僚は、超流動ヘリウムを使用して、これをさらに一歩進めたいと考えていました。
これは、-271°C (-456°F) のすぐ上に冷却されたヘリウム同位体 – ヘリウム 4 – です。 絶対零度。 この非常に低い温度では、ヘリウム 4 内のボソンは十分に速度が低下し、干渉して単一の超原子 (粘性流体、または超流動体) のように動作します。
研究チームは、ヘリウム 4 超流動体の異常な量子特性を利用して、一種の「量子トルネード」を発生させました。
「超流動ヘリウムには量子渦と呼ばれる小さな物体が含まれており、それらは互いに離れて広がる傾向があります。」 「スヴァンチャラは言う。 「私たちのセットアップでは、これらの量子数万をミニ竜巻に似たコンパクトなボディに閉じ込めることができ、量子流体の世界で記録的な強さの渦流を実現することができました。」
この竜巻を研究することで、研究者らは渦流と、回転するブラックホールが周囲の湾曲した時空に及ぼす影響との類似点を特定することができた。 特に、研究者らはブラックホールに似た定在波を観察しました。 制限されている国この励起は、新しく形成されたブラック ホールに似ています。
そしてこれはほんの始まりにすぎません。 研究者らは実験が意図したとおりに機能することを証明したため、ボルテックスはブラックホール科学の新たな分野を切り開く準備ができている。
「私たちが最初の研究でブラックホール物理学の明確な兆候に初めて気づいたとき、 2017年に遡るアナログ実験不可能ではないにしても、他の方法で研究するのが困難ないくつかの奇妙な現象を理解するのは興味深い瞬間でした。 物理学者のシルケ・ヴァインフルトナー氏は言う ノッティンガム大学出身。
「今回、最も洗練された実験により、私たちはこの研究を次のレベルに引き上げました。最終的には、天体物理学的ブラックホールの周りの湾曲した時空で量子場がどのように動作するかを予測することにつながるかもしれません。」
この研究は、 自然。
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