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(noticias nanowerk) Los científicos han creado por primera vez un vórtice cuántico gigante que imita un agujero negro en helio superfluido, lo que les permite ver con más detalle cómo se comportan e interactúan los agujeros negros analógicos con su entorno.
Una investigación dirigida 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. Crearon un enorme vórtice de helio superfluido enfriado a la temperatura más baja posible. Al observar la dinámica de pequeñas ondas en la superficie del superfluido, el equipo de investigación demostró que estos tornados cuánticos imitan las condiciones gravitacionales cercanas a los agujeros negros en rotación.
La investigación fue publicada en Naturaleza (“Firmas de espacio-tiempo curvas giratorias de un vórtice cuántico gigante”).
![Configuración experimental para el experimento del agujero negro](https://www.nanowerk.com/news2/space/id64887_1.jpg)
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 ondas superficiales diminutas con más detalle y precisión que con nuestros experimentos anteriores en agua». el helio es extremadamente bajo “Pudimos examinar cuidadosamente su interacción con el tornado superfluido y comparar los resultados con nuestras propias predicciones teóricas”.
El equipo construyó un sistema criogénico personalizado que puede 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 previenen la formación de vórtices gigantes en otros fluidos cuánticos, como gases atómicos ultrafríos o fluidos cuánticos hechos de luz. Este sistema muestra cómo la interfaz del helio superfluido actúa como fuerza estabilizadora para estos objetos.
Dr. Svancara continúa: “El helio superfluido contiene objetos diminutos llamados vórtices cuánticos que tienden a alejarse unos de otros. En nuestra configuración, logramos confinar decenas de miles de estos cuantos en un objeto compacto que se asemeja a un pequeño tornado, logrando así un flujo de vórtice con una fuerza récord en el reino de los líquidos cuánticos”.
Los investigadores descubrieron fascinantes paralelismos entre el flujo de vórtices y la influencia gravitacional de los agujeros negros en el espacio-tiempo circundante. Este logro abre nuevas posibilidades para simulaciones de teorías cuánticas de campos a temperatura finita en la compleja región del espacio-tiempo curvo.
La profesora Silke Weinfurtner, jefa de trabajo en el Laboratorio de Agujeros Negros donde se desarrolló este experimento, subraya la importancia de este trabajo: “Cuando observamos por primera vez signos claros de la física de los agujeros negros en nuestro primer experimento analógico en 2017, fue un gran avance en la comprensión. algunos de los 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”.
Esta innovadora investigación está financiada por una subvención de £5 millones del Science Technology Facilities Council, distribuida a equipos de siete instituciones líderes del Reino Unido, incluidas la Universidad de Nottingham, la Universidad de Newcastle y el King's College de Londres. El proyecto también contó con el apoyo de la subvención de la red UKRI sobre simuladores cuánticos para física fundamental y la beca para líderes de investigación Leverhulme de la profesora Silke Weinfurtner.
La culminación de esta investigación se celebrará en una exposición amplia titulada 'Cosmic Titans' en la Galería Djanogly, Lakeside Arts, la Universidad de Nottingham (y una gira por lugares en el Reino Unido y el extranjero) del 25 de enero al 27 de abril de 2025 y se explorará creativamente. . La exposición incluye esculturas, instalaciones y obras de arte inmersivas recientemente encargadas por artistas destacados, incluido Conrad Shawcross RA, como resultado de una serie de colaboraciones innovadoras entre artistas y científicos facilitadas por ARTlab Nottingham. La exposición reunirá investigaciones creativas y teóricas sobre los agujeros negros y el nacimiento de nuestro universo.
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