史无前例的“量子龙卷风”实现了破纪录的黑洞模拟

在实验室中控制的超流体涡旋正在帮助物理学家更多地了解黑洞.

在冷却到绝对零度以上几分之一的氦气中产生的漩涡模拟了这些物体的引力环境如此高的精度，它为它们如何拖曳和扭曲周围的时空提供了前所未有的洞察力。

“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。物理学家帕特里克·斯万卡拉（Patrik Švančara）解释道英国诺丁汉大学，领导了这项研究。

“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，并将研究结果与我们自己的理论预测进行比较。

黑洞很可能是整个宇宙中最奇怪、最极端的物体。众所周知，它们也很难研究。他们不要发出任何我们可以检测到的辐射;我们可以只能看到来自他们周围空间的光.但是我们有一些非常好的理论研究，可以非常准确地描述他们观察到的行为。

我们可以更多地了解它们的一种方法是创建黑洞类似。这些是实验可以重新创建黑洞理论阐明他们行为的其他方面.一种类型的黑洞模拟是漩涡或漩涡。

任何足够接近黑洞的物质都会开始在它周围旋转，然后落到它上面，就像水在下水道中盘旋和汩汩流淌一样。

这种比较是如此贴切，以至于科学家们甚至构建水漩涡以研究黑洞行为.然而，Švančara 和他的同事们希望更进一步——使用超流体氦气.

这是氦的同位素——氦-4——已被冷却到-271摄氏度（-456华氏度），略高于绝对零度.在这种极冷的温度下，玻 色子在氦-4中，速度减慢到足以重叠并表现为一个超级原子 - 零粘度的流体或超流体。

该团队利用超流体氦-4不寻常的量子特性产生了一种“量子龙卷风”。

“超流体氦含有称为量子涡旋的微小物体，它们往往会彼此分开，”Švančara 说.“在我们的设置中，我们已经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，从而在量子流体领域实现了具有破纪录强度的涡流。

通过研究这种龙卷风，研究人员能够确定涡旋流与旋转黑洞对其周围弯曲时空的影响之间的相似之处。特别是，研究人员观察到类似于黑洞的驻波绑定状态，以及类似于新形成的黑洞的振铃.

而这仅仅是个开始。现在，研究人员已经证明他们的实验按照他们的预期方式工作，漩涡有望解锁黑洞科学的新领域。

“当我们第一次观察到黑洞物理学的清晰特征时，我们的初始早在2017年的模拟实验，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。物理学家Silke Weinfurtner说诺丁汉大学。

“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，这最终可能导致我们预测量子场在天体物理黑洞周围的弯曲时空中的行为。

该研究已发表在自然界.

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