Laboratuvarda kontrol edilen süperakışkan girdap, fizikçilerin kara deliklerin davranışları hakkında daha fazla bilgi edinmesine yardımcı oluyor.
Mutlak sıfırın çok az üzerine kadar soğutulmuş helyumda oluşturulan girdap, bu nesnelerin yerçekimsel ortamını öyle bir hassasiyetle simüle ediyor ki, etraflarındaki uzay-zamanı nasıl çekip bozduklarına dair benzeri görülmemiş bir anlayış sağlıyor.
Kuantum Kasırgası Nedir
MIT ve Harvard’dan fizikçiler, ultra soğuk sodyum atomlarından oluşan bir sıvının belirgin bir kasırga benzeri oluşum oluşturmasına neden olan kuantum davranışının çarpıcı bir gösterimini gözlemlediler. Kuantum düzeyinde parçacıklar farklı davranır çünkü birbirleriyle olan etkileşimleri, hareket enerjisinden daha fazla güç uygular. Kuantum dünyasındaki bireysel atomların davranışı, bir parçacığın konumunun bir olasılık olduğu ilkesiyle belirlenir. Araştırmacılar, saniyede 100 dönüş yapan lazerler ve elektromıknatıslar kullanarak bir milyon sodyum atomundan oluşan bir bulutu yakalayıp döndürdükten sonra kasırga benzeri davranış gözlemlediler. Sıvı dönmeye devam ettikçe, bir kuantum kararsızlığının ortaya çıktığını gözlemlediler: İğne yalpalamaya başladı, sonra dönmeye başladı ve sonunda bir dizi dönen kümeye veya minyatür kasırgaya (yalnızca dönen gaz ve kuvvetlerin etkileşimi tarafından oluşturulan kuantum kristalleri) bölündü. atomlar arasında. Nottingham Üniversitesi, King’s College London ve Newcastle Üniversitesi ile işbirliği yapan araştırmacılar, mümkün olan en düşük sıcaklığa soğutulmuş süperakışkan helyumda dev bir girdap oluşturdular.
Çalışmayı yöneten İngiltere’deki Nottingham Üniversitesi’nden fizikçi Patrick Svancara, “Süper akışkan helyum kullanmak, küçük yüzey dalgalarını suyla daha önceki deneylerimize kıyasla daha ayrıntılı ve hassas bir şekilde incelememize olanak sağladı” diye açıklıyor.
“Süperakışkan helyumun viskozitesi son derece düşük olduğundan, onun süperakışkan bir kasırga ile etkileşimini dikkatli bir şekilde inceleyebildik ve sonuçları kendi teorik tahminlerimizle karşılaştırabildik.”
Kara delikler muhtemelen tüm evrendeki çok tuhaf şeylerin en tuhaf ve en ekstrem nesneleridir. Ayrıca öğrenimleri de çok zordur. Bizim tespit edebileceğimiz herhangi bir radyasyon yaymıyorlar; Sadece onları çevreleyen uzaydan gelen ışığı görebiliriz. Ancak gözlemlenen davranışı oldukça doğru bir şekilde tanımlayabilen çok iyi teorik çalışmalarımız var.
Onlar hakkında daha fazla bilgi edinmenin bir yolu kara deliklerin analoglarını oluşturmaktır. Bunlar kara delik teorisini yeniden üretebilecek ve davranışlarının diğer yönlerine ışık tutabilecek deneylerdir. Kara deliklerin kendine özgü bir analogu bir girdap veya girdaptır.
Kara deliğe yeterince yaklaşan herhangi bir malzeme, kanalizasyonda dönen ve guruldayan su gibi, onun etrafında dönmeye başlar ve sonra ona doğru düşer.
Bu karşılaştırma o kadar iyi ki bilim insanları kara deliklerin davranışlarını incelemek için girdaplar bile inşa ettiler. Ancak Shvančara ve meslektaşları daha da ileri giderek süperakışkan helyum yaratmak istediler.
Bu, mutlak sıfırın hemen üzerinde, -271 santigrat dereceye (-456 Fahrenheit) kadar soğutulmuş helyumun (helyum-4) izotopudur. Bu son derece düşük sıcaklıkta, helyum-4’teki bozonlar üst üste binecekleri noktaya kadar yavaşlar ve bir süperatom gibi davranırlar; viskozitesi veya süper akışkanlığı olmayan bir sıvı. Ekip, bir tür “kuantum kasırgası” yaratmak için süperakışkan helyum-4’ün olağandışı kuantum özelliklerini kullandı.
Švančara, “Süper akışkan helyum, kuantum girdapları adı verilen ve birbirlerinden uzaklaşma eğiliminde olan küçük nesneler içeriyor” diyor. “Kurulumumuzda, bu kuantumlardan onbinlercesini küçük bir kasırgaya benzeyen kompakt bir nesnede tutmayı başardık, böylece kuantum sıvısı alanında rekor güçte bir girdap akışı elde ettik.”
Bu kasırgayı inceleyen araştırmacılar, girdap akışı ile dönen bir kara deliğin etrafındaki kavisli uzay-zaman üzerindeki etkisi arasındaki benzerlikleri bulmayı başardılar. Araştırmacılar özellikle kara deliğe bağlı durumları anımsatan duran dalgaları ve yeni oluşan bir kara deliğin bozunmasını anımsatan uyarılmaları gözlemlediler.
Ve bu sadece başlangıç. Artık araştırmacılar deneylerinin amaçlandığı gibi çalıştığını gösterdiğine göre, girdap kara delik araştırmalarında yeni bir alan açmaya hazırlanıyor.
Fizikçi Silke Weinfurtner, “2017’deki ilk analog deneyimizde kara delik fiziğinin açık işaretlerini ilk kez gözlemlediğimizde, bu, başka yollarla incelenmesi imkansız olmasa da çoğu zaman zor olan bazı tuhaf fenomenleri anlamada bir atılımdı” diyor. Nottingham Üniversitesi.
“Daha karmaşık deneyimizle, bu araştırmayı bir sonraki seviyeye taşıdık; bu da sonuçta kuantum alanlarının astrofiziksel kara deliklerin etrafındaki kavisli uzay-zamanda nasıl davrandığını tahmin etmemize yol açabilir.”
Bu yazı Nature adresinden derlenmiştir.