首个“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漩涡，正在帮助物理学家更多地了解黑洞的行为。
氦冷却到仅略高于绝对零度时产生的漩涡，以如此高的精度模拟这些物体的引力环境，从而提供了前所未有的洞察，以了解它们是如何拖曳和扭曲周围的时空的。
领导这项研究的英国诺丁汉大学的物理学家帕特里克（PatrikŠvančAra）解释说：“与我们之前在水中的实验相比，使用超流氦使我们能够更详细、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。它们也是出了名的难以研究。它们不会发出任何我们能探测到的辐射；我们只能看到它们周围空间的光。但我们有一些非常好的理论研究，可以非常准确地描述它们的观察行为。
我们可以通过创建黑洞模拟物来了解更多关于它们的信息。这些实验可以重建黑洞理论，以阐明其行为的其他方面。一种类似黑洞的物质是涡流或漩涡。
任何离黑洞足够近的物质都开始绕着黑洞旋转，然后落到黑洞上，就像水在排水管里打转、汩汩作响一样。
这种比较是如此贴切，以至于科学家们甚至建立了水漩涡来研究黑洞的行为。帕特里克和他的同事们想更进一步 —— 用超流氦。
这是氦的一种同位素（ 氦-4），已经冷却到零下271摄氏度（零下456华氏度），略高于绝对零度。在这种极冷的温度下，氦-4中的玻色子减速到足以重叠，表现得像一个超原子 —— 一种零粘度的流体，或超流体。
该团队利用超流体氦-4的不同寻常的量子特性，来产生一种“量子龙卷风”。
帕特里克表示：“超流氦包含被称为量子漩涡的微小物体，它们倾向于彼此分开。在我们的设置中，我们已经成功地将数万个这样的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。”
通过研究这个龙卷风，研究人员能够识别出漩涡流和旋转黑洞对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束缚态的驻波，以及类似于新形成黑洞的环衰的激发。
而这仅仅是个开始。现在，研究人员已经证明了他们的实验是按照他们预期的方式进行的，这个漩涡即将开启黑洞科学的一个新领域。
诺丁汉大学的物理学家西尔克·魏因富特纳（Silke Weinfurtner）说：“当我们在2017年的初步模拟实验中首次观察到黑洞物理的清晰特征时，这是理解一些奇异现象的一个突破性时刻，这些现象通常很难（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，这可能最终导致，我们将能预测量子场在天体物理黑洞周围弯曲时空中的行为。”
这项研究发表在《自然》杂志上。
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