研究人员在超流氦中创造了一个量子漩涡来研究黑洞动力学，通过创新的低温实验揭示了对量子场和弯曲时空的新见解。来源:SciTechDaily.com

　　一组科学家成功地模拟了黑洞条件是在超流氦中创造量子漩涡，揭示引力弯曲时空中的Nal相互作用和量子场论。

　　科学家首次创造了一个巨大的量子漩涡来模拟超流氦中的黑洞，这使他们能够更详细地观察模拟黑洞的行为以及与周围环境的相互作用。

　　诺丁汉大学与伦敦国王学院和纽卡斯尔大学合作，创建了一个新的实验平台:量子龙卷风。他们在超流氦中创造了一个巨大的漩涡，这个漩涡被冷却到尽可能低的温度。通过观察超流体表面的微小波动动力学，研究小组已经证明，这些量子龙卷风模拟了旋转黑洞附近的引力条件。这项研究发表在今天的《自然》杂志上。

　　用于黑洞研究的实验室实验装置。来源:Leonardo Solidoro

　　开创性的实验装置

　　该论文的主要作者、诺丁汉大学数学科学学院的帕特里克·斯万卡拉博士解释说:“使用超流氦使我们能够比以前在水中的实验更详细、更准确地研究微小的表面波。由于超流氦的粘度非常小，我们能够仔细研究它们与超流龙卷风的相互作用，并将结果与我们自己的理论预测进行比较。”

　　该团队构建了一个定制的低温系统，能够在低于-271°C的温度下包含几升超流氦。在这个温度下，液氦获得了不寻常的量子特性。这些特性通常会阻碍其他量子流体(如超冷原子气体或量子光流体)中巨大漩涡的形成，该系统展示了超流氦的界面如何作为这些物体的稳定力。

　　斯万卡拉博士继续说:“超流氦包含被称为量子漩涡的微小物体，它们倾向于相互分散。在我们的设置中，我们成功地将数万个量子限制在一个类似小型龙卷风的紧凑物体中，在量子流体领域实现了破纪录强度的涡流。”

　　超流氦实验中的量子涡旋。来源:Leonardo Solidoro

　　洞悉黑洞物理学

　　研究人员发现了漩涡流和黑洞对周围时空的引力影响之间有趣的相似之处。这一成就为在弯曲时空的复杂领域中模拟有限温度量子场论开辟了新的途径。

　　西尔克·魏弗特纳(Silke Weinfurtner)教授领导了黑洞实验室的工作，他强调了这项工作的重要性:“当我们在2017年的初始模拟实验中首次观察到黑洞物理的清晰特征时，这是一个突破性的时刻，可以理解一些奇怪的现象，这些现象通常具有挑战性，如果不是不可能的话，以其他方式进行研究。”现在，通过我们更复杂的实验，我们将这项研究提升到了一个新的水平，这最终可能导致我们预测量子场在天体物理黑洞周围弯曲时空中的行为。”

　　参考文献:“来自巨大量子漩涡的旋转弯曲时空特征”，作者Patrick ?van?ara, Pietro Smaniotto, Leonardo Solidoro, James F. MacDonald, Sam Patrick, Ruth Gregory, Carlo F. Barenghi和Silke Weinfurtner, 2024年3月20日，Nature。DOI: 10.1038 / s41586 - 024 - 07176 - 8

　　这项开创性的研究由科学技术设施委员会提供的500万英镑资助，分配给包括诺丁汉大学、纽卡斯尔大学和伦敦国王学院在内的七所英国主要机构的团队。该项目还得到了UKRI网络对基础物理量子模拟器的资助和由Silke Weinfurtner教授举办的Leverhulme研究领导奖学金的支持。

　　这项研究的高潮将于2025年1月25日至4月27日在诺丁汉大学湖畔艺术的janogly画廊举行的题为“宇宙泰坦”的ambi展览中进行庆祝和创造性的探索(并在英国和海外巡回演出)。本次展览将展出包括Conrad Shawcross RA在内的著名艺术家新近委托的雕塑、装置和沉浸式艺术作品，这些作品是由诺丁汉艺术实验室推动的艺术家和科学家之间的一系列创新合作的结果。这次展览将结合对黑洞和宇宙诞生的创造性和理论探索。