Le premier « ouragan quantique » de ce type établit un record pour la simulation d'un trou noir

Un vortex superfluide contrôlé en laboratoire aide les physiciens à en apprendre davantage sur le comportement des trous noirs.

Le vortex généré par l’hélium refroidi juste une fraction au-dessus du zéro absolu imite l’environnement gravitationnel de ces objets avec une telle précision qu’il donne un aperçu sans précédent de la manière dont l’espace-temps autour d’eux est tiré et déformé.

« L'utilisation de l'hélium superfluide nous a permis d'étudier les petites ondes de surface avec plus de détails et de précision que nos précédentes expériences dans l'eau. » explique le physicien Patrick Savantara de l'Université de Nottingham au Royaume-Uni, qui a dirigé la recherche.

« La viscosité de l'hélium superfluide étant si faible, nous avons pu étudier attentivement son interaction avec le cyclone superfluide et comparer les résultats avec nos propres prédictions théoriques. »

Les trous noirs sont probablement les objets les plus étranges et les plus extrêmes de tout l’univers et contiennent des choses très étranges. Il est également difficile à étudier. Ils n’émettent aucun rayonnement détectable ; Nous ne pouvons voir la lumière que de l’espace qui les entoure directement. Mais nous disposons de très bonnes études théoriques qui peuvent décrire avec assez de précision leur comportement observé.

Une façon d’en apprendre davantage sur eux est de créer des analogues des trous noirs. Ce sont des expériences qui peuvent recréer la théorie des trous noirs pour élucider d’autres aspects de leur comportement. Un type analogique de trou noir est un vortex ou un vortex.

Toute matière qui s'approche suffisamment du trou noir commence à tourbillonner autour de lui, puis tombe dessus, comme de l'eau tourbillonnant et gargouillant dans un égout.

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Cette comparaison est si pertinente que les scientifiques ont construit des vortex d’eau pour étudier le comportement des trous noirs. Cependant, Savantara et ses collègues ont voulu aller plus loin en utilisant de l’hélium ultrafluide.

Il s'agit d'un isotope de l'hélium – l'hélium-4 – qui a été refroidi à -271°C (-456°F), juste au-dessus Zéro absolu. À cette température très froide, les bosons de l’hélium-4 ralentissent suffisamment pour interférer et se comporter comme un seul superatome, un fluide visqueux ou superfluide.

L'expérience de l'équipe, avec un vortex tournant autour de l'hélium superfluide. (Léonard Solidoro)

L’équipe a utilisé les propriétés quantiques inhabituelles du superfluide hélium-4 pour générer une sorte de « tornade quantique ».

« L'hélium superfluide contient de petits objets appelés vortex quantiques, qui ont tendance à s'écarter les uns des autres. » « Svancara dit. « Dans notre configuration, nous avons pu confiner des dizaines de milliers de ces quanta dans un corps compact ressemblant à une mini-tornade, obtenant ainsi un flux vortex d'une force record dans le monde des fluides quantiques. »

En étudiant cette tornade, les chercheurs ont pu identifier des similitudes entre le flux vortex et l’effet d’un trou noir en rotation sur l’espace-temps incurvé qui l’entoure. Les chercheurs ont notamment observé des ondes stationnaires semblables à un trou noir. Pays restreintsL’excitation est similaire à celle d’un trou noir nouvellement formé.

Et ce n'est que le début. Maintenant que les chercheurs ont prouvé que leur expérience fonctionne comme prévu, le vortex est sur le point d’ouvrir un nouveau domaine scientifique sur les trous noirs.

« Lorsque nous avons remarqué pour la première fois des signatures claires de la physique des trous noirs lors de nos premières recherches Expérience analogique en 2017Ce fut un moment fascinant pour comprendre des phénomènes étranges qui sont souvent difficiles, voire impossibles, à étudier autrement. dit la physicienne Silke Weinfurtner De l'Université de Nottingham.

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« Maintenant, avec notre expérience la plus sophistiquée, nous avons poussé cette recherche à un niveau supérieur, ce qui pourrait éventuellement nous amener à prédire comment les champs quantiques se comportent dans un espace-temps courbe autour des trous noirs astrophysiques. »

La recherche a été publiée dans nature.

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