Los científicos han creado por primera vez un vórtice cuántico gigante para imitar un agujero negro en helio superfluido que les ha permitido ver con mayor detalle cómo se comportan e interactúan los agujeros negros analógicos con su entorno.
Una investigación liderada por la Universidad de Nottingham, en colaboración con el King's College de Londres y la Universidad de Newcastle, ha creado una novedosa plataforma experimental:un tornado cuántico. Han creado un vórtice gigante dentro de helio superfluido que se enfría a las temperaturas más bajas posibles.
Mediante la observación de la dinámica de ondas diminutas en la superficie del superfluido, el equipo de investigación ha demostrado que estos tornados cuánticos imitan las condiciones gravitacionales cercanas a los agujeros negros en rotación. La investigación ha sido publicada en Nature .
El autor principal del artículo, el Dr. Patrik Svancara de la Facultad de Ciencias Matemáticas de la Universidad de Nottingham, explica:"El uso de helio superfluido nos ha permitido estudiar pequeñas ondas superficiales con mayor detalle y precisión que con nuestros experimentos anteriores en el agua. La viscosidad del helio superfluido es extremadamente pequeña, pudimos investigar meticulosamente su interacción con el tornado superfluido y comparar los hallazgos con nuestras propias proyecciones teóricas."
El equipo construyó un sistema criogénico a medida capaz de contener varios litros de helio superfluido a temperaturas inferiores a -271°C. A esta temperatura, el helio líquido adquiere propiedades cuánticas inusuales. Estas propiedades normalmente dificultan la formación de vórtices gigantes en otros fluidos cuánticos como gases atómicos ultrafríos o fluidos cuánticos de luz. Este sistema demuestra cómo la interfaz del helio superfluido actúa como una fuerza estabilizadora para estos objetos.
El Dr. Svancara continúa:"El helio superfluido contiene objetos diminutos llamados vórtices cuánticos, que tienden a separarse unos de otros. En nuestra configuración, hemos logrado confinar decenas de miles de estos cuantos en un objeto compacto que se asemeja a un pequeño tornado. , logrando un flujo de vórtice con una fuerza récord en el ámbito de los fluidos cuánticos."
Los investigadores descubrieron paralelos intrigantes entre el flujo del vórtice y la influencia gravitacional de los agujeros negros en el espacio-tiempo circundante. Este logro abre nuevas vías para simulaciones de teorías de campos cuánticos de temperatura finita dentro del complejo ámbito de los espacio-tiempos curvos.
La profesora Silke Weinfurtner, que dirige el trabajo en el Laboratorio de Agujeros Negros donde se desarrolló este experimento, dice:"Cuando observamos por primera vez firmas claras de la física de los agujeros negros en nuestro experimento analógico inicial allá por 2017, fue un momento decisivo para comprender algunas de las fenómenos extraños que a menudo son difíciles, si no imposibles, de estudiar de otra manera.
"Ahora, con nuestro experimento más sofisticado, hemos llevado esta investigación al siguiente nivel, lo que eventualmente podría llevarnos a predecir cómo se comportan los campos cuánticos en el espacio-tiempo curvo alrededor de los agujeros negros astrofísicos".
La culminación de esta investigación se celebrará y se explorará creativamente en una exposición amplia titulada "Cosmic Titans" en la Galería Djanogly, Lakeside Arts, Universidad de Nottingham, del 25 de enero al 27 de abril de 2025 (y en gira por lugares del Reino Unido y el extranjero). ).
La exposición comprenderá esculturas, instalaciones y obras de arte inmersivas recientemente encargadas por artistas destacados, incluido Conrad Shawcross RA, que son el resultado de una serie de colaboraciones innovadoras entre artistas y científicos facilitadas por ARTlab Nottingham. La exposición combinará investigaciones creativas y teóricas sobre los agujeros negros y el nacimiento de nuestro universo.
Más información: Silke Weinfurtner, Firmas espacio-temporales curvas giratorias de un vórtice cuántico gigante, Naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07176-8. www.nature.com/articles/s41586-024-07176-8
Información de la revista: Naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Nottingham
