Kwantowe tornado pomaga badać czarne dziury

W nadciekłym helu naukowcy stworzyli kwantowe wiry, które zachowaniem przypominają czarne dziury. Metoda może pozwolić na prowadzone na Ziemi badania tych obiektów i ich oddziaływań z przestrzenią.

Kwantowe tornado w nadciekłym helu

.Zespół fizyków z University of Nottingham, King’s College London i Newcastle University opracował nową metodę badania czarnych dziur. Badacze nazwali ją kwantowym tornadem. Udało im się bowiem uzyskać szczególnego typu wir w nadciekłym helu.

Mówiąc w uproszczeniu, hel w takim stanie ma tak niską temperaturę, że o jego zachowaniu decydują zjawiska kwantowe.

„Użycie naciekłego helu pozwoliło nam badać małe powierzchniowe fale z większą dokładnością, niż wcześniejsze eksperymenty z wykorzystaniem wody. Lepkość nadciekłego helu jest niezwykłe mała, więc byliśmy w stanie precyzyjnie mierzyć interakcje tych fal z nadciekłym tornadem i porównać wyniki z naszymi teoretycznymi przewidywaniami” – opowiada dr Patrik Svancara, główny autor publikacji, która ukazała się w magazynie „Nature”.

Jego zespół zbudował kriogeniczny układ zdolny do ochłodzenia kilku litrów helu do temperatury minus 271 st. C.

W innych nadciekłych substancjach pojawiające się wtedy zjawiska kwantowe utrudniają powstawanie dużych wirów, jednak w helu można je ustabilizować.

“Nadciekły hel zawiera małe obiekty zwane kwantowymi wirami, które mają tendencję do oddalania się od siebie. W naszym układzie zdołaliśmy jednak zmieścić dziesiątki tysięcy tych kwantów w małym obiekcie przypominającym tornado. W kwantowej cieczy uzyskaliśmy w ten sposób wirowy przepływ o rekordowej sile” – wyjaśnia ekspert.

Nowa droga do symulacji fal grawiatyjnych

.Ruch kwantowych wirów do złudzenia przypomina grawitacyjne oddziaływanie z przestrzenią obracających się czarnych dziur.

To nowa droga do symulacji tych zjawisk w laboratorium – podkreślają badacze.

„Kiedy w naszych pierwszych eksperymentach prowadzonych w 2017 roku, po raz pierwszy zaobserwowaliśmy wyraźne sygnatury fizyki czarnych dziur, wiedzieliśmy, że to przełomowy moment dla zrozumienia niektórych nietypowych zjawisk, których badanie było dotąd bardzo trudne, jeśli nie niemożliwe. Teraz, dzięki naszemu zaawansowanemu eksperymentowi, przenieśliśmy te badania na następny poziom. Może nas to doprowadzić do zrozumienia, jak pola kwantowe zachowują się w zakrzywionej czasoprzestrzeni wokół astrofizycznych czarnych dziur” – tłumaczy jeden z naukowców, prof. Silke Weinfurtner.

Badania naukowe zmieniają świat

.„Najbardziej ambitne europejskie projekty badawcze realizowano w trzech dużych obszarach nauki: naukach o życiu, naukach ścisłych i technicznych oraz naukach społecznych i humanistycznych” – pisze na łamach „Wszystko co Najważniejsze” prof. Andrzej JAJSZCZYK.

„Trudno jest przecenić rolę badań naukowych w tym, co osiągnęła nasza cywilizacja. Wyniki pracy naukowców spowodowały, że żyjemy dziś znacznie dłużej niż jeszcze sto lat temu, głód stał się udziałem wyłącznie osób mieszkających w krajach upadłych i nękanych wojnami, podróże po całym świecie są już dostępne prawie dla każdego, przynajmniej w krajach bogatszych, a tania łączność zmieniła życie miliardów ludzi, nawet w najbiedniejszych zakątkach naszego globu.”

„Niestety, coś, co wielu nazywa postępem, ma też swoje ciemne strony. I jakkolwiek wyniki badań naukowych bywają używane także w złej wierze bądź ich niewłaściwe czy po prostu nierozumne zastosowanie prowadzi do opłakanych skutków, to nikt przy zdrowych zmysłach nie kwestionuje konieczności dalszego prowadzenia badań, chociażby po to, by walczyć ze wspomnianymi skutkami.”

„W obszarze nauk ścisłych i technicznych najwięcej badań w ostatnich latach prowadzi się w dyscyplinach inżynierii materiałowej i nauki o materiałach. Ich praktyczny potencjał nie podlega dyskusji. Następne dyscypliny w kolejności finansowania przez ERC to chemia fizyczna, fizyka materii skondensowanej i ciała stałego, elektronika i fotonika, a także chemia organiczna. Po nich następują informatyka i kryptologia, oddziaływania fundamentalne, w tym oddziaływania grawitacyjne czy elektromagnetyczne. Listę najpopularniejszych badawczo dyscyplin zamyka fizyka kwantowa. Warto przy tym pamiętać, że wspomniana kolejność nie wynika z jakichkolwiek priorytetów czy preferencji ERC, lecz jedynie z pojawiania się najbardziej interesujących pomysłów badawczych zgłaszanych przez samych naukowców.”

„Ważne jest także to, że w obszarze nauk ścisłych i technicznych obserwujemy w ostatnich latach znaczący postęp w opracowywaniu nowych metod badawczych. Obejmują one m.in. eksperymentalne metody skoncentrowane na modelach klimatycznych, modelowanie obliczeniowe, w tym symulacje związane z sieciami neuronowymi. Intensywnie rozwija się także metody matematyczne związane z teorią pola i algorytmami, a w obszarze chemii – nowe metody syntezy organicznej i katalizy.”

PAP/Marek Matacz/Wszystko co Najważniejsze/JT