在用于黑洞研究的实验室中进行实验设置。图片来源：Leonardo Solidoro
科学家们首次创造了一个巨大的量子漩涡来模拟超流体氦中的黑洞，这使他们能够更详细地看到模拟黑洞的行为和与周围环境的相互作用。
由诺丁汉大学领导的研究，与伦敦国王学院和纽卡斯尔大学合作，创造了一个新颖的实验平台：量子龙卷风。他们在超流体氦气中创造了一个巨大的漩涡，该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力学，研究小组已经表明，这些量子龙卷风模拟了旋转黑洞附近的引力条件。该研究已发表在《自然》杂志上。
该论文的主要作者，诺丁汉大学数学科学学院的Patrik Svancara博士解释说：“使用超流体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。由于超流体氦的粘度非常小，我们能够仔细研究它们与超流体龙卷风的相互作用，并将这些发现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的温度下容纳几升超流体氦气。 在这个温度下，液氦获得不寻常的量子性质。这些特性通常会阻碍其他量子流体（如超冷原子气体或光的量子流体）中形成巨大的涡旋，该系统展示了超流体氦的界面如何充当这些物体的稳定力。
超流氦实验中的量子涡旋。图片来源：莱昂纳多·索利多罗
斯万卡拉博士继续说道：“超流氦含有称为量子涡旋的微小物体，它们往往会彼此分开。在我们的装置中，我们成功地将数以万计的量子限制在一个类似于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。”
研究人员发现了涡流和黑洞对周围时空的引力影响之间有趣的相似之处。这一成就为弯曲时空复杂领域内的有限温度量子场论模拟开辟了新途径。
领导该实验开展的黑洞实验室工作的 Silke Weinfurtner 教授表示：“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，这是理解黑洞物理的一些特征的突破性时刻。奇怪的现象往往是具有挑战性的，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，我们已经将这项研究提升到了一个新的水平，这最终可能使我们能够预测量子场在天体物理黑洞周围的弯曲时空中的行为。”
这项研究的顶峰将于2025年1月25日至4月27日在诺丁汉大学湖滨艺术区Djanogly画廊举办的题为“宇宙泰坦”的ambi展览中得到庆祝和创造性探索（并进行巡演）到英国和海外的场地）。
该展览将包括 Conrad Shawcross RA 等顶尖艺术家新委托创作的雕塑、装置和沉浸式艺术品，这些作品是诺丁汉艺术实验室推动的艺术家和科学家之间一系列创新合作的成果。该展览将把对黑洞和宇宙诞生的创造性和理论探究结合起来。
更多信息：Silke Weinfurtner，来自巨大量子涡旋的旋转弯曲时空特征，自然 (2024)。 DOI：10.1038/s41586-024-07176-8。 www.nature.com/articles/s41586-024-07176-8
期刊信息：Nature
