פלטפורמת ניסוי חדשנית המכונה מערבולת קוונטית ענקית מחקה התנהגויות מסוימות של חורים שחורים, ונותנת למדענים הזדמנות להתבונן בפיזיקה של מבנים אסטרופיזיים אלה מקרוב. המערבולת מופיעה בהליום סופר נוזלי שמקורר לטמפרטורות כמעט אפס מוחלטות, ולפי הצוות שיצר אותה, מחקרים על הדינמיקה שלה יכולים להציע רמזים כיצד חורים שחורים קוסמולוגיים מייצרים את זמני המרחב המעוקל המסתובב האופייני להם.
חורים שחורים מפעילים כוחות כבידה עצומים על סביבתם, ומעקמים את מרקם המרחב-זמן במידה חסרת תקדים בין מבנים אחרים שאנו צופים ביקום. הכוחות האלה כל כך גדולים שהם גוררים סביבם את מרקם החלל בזמן שהחור השחור מסתובב, ויוצרים סביבות סוערות ייחודיות.
השפעות דרמטיות כאלה כמובן לא ניתנות לחקר במעבדה, ולכן החוקרים בוחנים דרכים ליצור מבנים המחקים אותם. לדוגמה, כוח הכבידה ודינמיקת הנוזלים מתנהגים באופן דומה במידה מסוימת אם צמיגות הנוזל נמוכה ביותר, כפי שקורה עבור הליום נוזלי (נוזל-על, כלומר זורם עם מעט חיכוך או ללא חיכוך) ועננים של אטומים קרים.
זרימות וורטקס שנוצרו בבלנדר למטבח
בטמפרטורות כמעט אפסיות (פחות מ-271 מעלות צלזיוס), הליום נוזלי מכיל מבנים מתערבלים זעירים הידועים כמערבולות קוונטיות. בדרך כלל, המערבולות הללו נשארות בנפרד, מסביר פטריק סוואנקרה, פיזיקאי ב- אוניברסיטת נוטינגהם, בריטניה. במחקר האחרון, לעומת זאת, סוואנקרה, ראש צוות משותף סילקה וינפורטנר, ועמיתים ב קינגס קולג 'בלונדון ו אוניברסיטת ניוקאסל הצליח להגביל עשרות אלפי מהקוואנטות הללו בחפץ קומפקטי שדומה לטורנדו.
"החלק המרכזי במערך שלנו הוא מדחף מסתובב שמקים לולאה מתמשכת של הליום נוזלי-על, מייצב את המערבולת שנוצרת מעליו", מסבירים ויינפורטנר וסוואנקרה. המערך הזה, הם מוסיפים, נוצר בהשראתו חוקרים ביפן, שייצרו גם הם זרימות מערבולת ענקיות במכשיר הדומה לבלנדר מטבח, במקום על ידי הנחת כל מכשיר הניסוי על פלטפורמה מסתובבת.
מנוזלים רגילים ועד לנוזלים-על
החוקרים החלו את הניסויים שלהם עם נוזלים מסתובבים עוד בשנת 2017, כאשר הם צפו בדינמיקת גלים המחקה חור שחור ב"אמבטיה" שתוכננה במיוחד המכילה כמעט 2000 ליטר מים. "זה היה רגע פריצת דרך להבנת כמה מהתופעות המוזרות שלעתים קרובות מאתגר, אם לא בלתי אפשרי, ללמוד אחרת", אומר ויינפורטנר, פיזיקאי בנוטינגהם'ס מעבדת חור שחור, שם הניסוי הוגה ופותח. "עכשיו, עם הניסוי המתוחכם יותר שלנו, לקחנו את המחקר הזה לשלב הבא, מה שיכול בסופו של דבר להוביל אותנו לחזות כיצד שדות קוונטיים מתנהגים בזמני חלל מעוקלים סביב חורים שחורים אסטרופיזיים."
המעבר מנוזלים קלאסיים כמו מים לנוזלים קוונטיים כמו הליום סופר-נוזל היה חיוני, מסביר וינפורטנר, מכיוון שהצמיגות של הנוזל העל קטן בהרבה. נוזלי-על מציגים גם תכונות קוונטיות-מכניות ייחודיות כמו קוונטיזציה של חוזק המערבולת, כלומר כל מערבולת בהליום-על-נוזל חייבת להיות מורכבת מקוונטות יסודיות הנקראות מערבולות קוונטיות. "הקמת מערבולות גדולות כמו שלנו היא מאתגרת מכיוון שקוואנטים בודדים נוטים להתרחק זה מזה, כפי שפטריק הזכיר", אומר ויינפורטנר עולם הפיזיקה, "אבל הצלחנו לייצב זרימות מערבולת שמכילות עשרות אלפי קוונטים באזור קומפקטי, [שזה] ערך שובר שיא בתחום הנוזלים הקוונטיים".
המבנה החדש יעזור לחוקרים לדמות דינמיקה של שדות קוונטיים בתוך זמני מרחב מעוקלים מסתובבים מורכבים, כמו חורים שחורים, ויציע אלטרנטיבה למערכות האולטרה-קר הדו-ממדיות שהיו מקובלות במחקרים כאלה עד כה, היא מוסיפה.
צבירי מערבולת ענקיים מופיעים בנוזלי-על דו-ממדיים
"מינוף טכניקות בקרת זרימה מתקדמות ושיטות זיהוי ברזולוציה גבוהה כדי לזהות את דינמיקת הגלים על פני הנוזל העל אפשרו לנו לחלץ מבני זרימה מקרוסקופיים ולחזות אינטראקציות סבוכות של גל-מערבולת", היא אומרת. "תצפיות אלה חשפו את נוכחותם של מצבים ותופעות קשורות מיקרוסקופיות של צלצול דמוי חור שחור על פני השטח החופשיים של מערבולת קוונטית ענקית, אותה אנו חוקרים כעת עוד יותר".
החוקרים מתכננים כעת לשפר את הדיוק של שיטת הזיהוי שלהם ולחקור משטרים שבהם הקוונטיזציה של חוזק המערבולת הופכת חשובה. "תכונה זו יכולה להשפיע על האופן שבו חורים שחורים מתקשרים עם הסביבה שלהם, ואולי ללמד אותנו על הפיזיקה של חורים שחורים", אומר סוואנקרה.
העבודה הנוכחית מפורטת ב טבע.
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
- PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
- מקור: https://physicsworld.com/a/giant-quantum-tornado-behaves-like-a-black-hole-in-miniature/
