Forschende der University of Nottingham nutzen unter der Leitung von Patrik Švančara superfluides Helium, um Schwarze Löcher zu simulieren. Durch Abkühlen von Helium-4 auf nahezu den absoluten Nullpunkt erreichen sie Superfluidität, die ohne Viskosität (Zähflüssigkeit) fließt. Das ermöglicht die Schaffung eines Quantentornados, der die Gravitationskraft der alles verschlingenden Himmelskörper imitiert.
Schwarzes Loch aus dem Labor
Das Team will das Geheimnis Schwarzer Löcher lüften, deren Dichte so groß ist, dass nicht einmal Licht entweichen kann. Die Simulation des Materieverhaltens mit einem superfluiden Wirbel eröffnet neue Einblicke in die Verzerrung der Raumzeit durch diese kosmischen Riesen.
Die Erzeugung des Quantentornados gelinge durch das Zusammenführen von Zehntausenden von Quantenwirbeln im superfluiden Helium. Diese Konfiguration ermögliche es, Phänomene wie stehende Wellen und Anregungen zu studieren, die den Vorgängen nahe Schwarzen Löchern entsprechen.
„Die Verwendung von supraflüssigem Helium hat es uns ermöglicht, winzige Oberflächenwellen detaillierter und genauer zu untersuchen als bei unseren früheren Experimenten in Wasser“, erklärte Švančara im Rahmen einer Pressemitteilung. „Da die Viskosität von supraflüssigem Helium extrem gering ist, konnten wir ihre Wechselwirkung mit dem supraflüssigen Tornado genauestens untersuchen und die Ergebnisse mit unseren eigenen theoretischen Projektionen vergleichen.“
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„Bahnbrechender Moment“
Die deutsch-britische Physikerin Silke Weinfurtner betonte den Fortschritt vom ersten Experiment 2017 zur jetzigen ausgefeilteren Technik. Auch sie war als Teil des Teams von Švančara an der jüngst im Fachjournal Nature veröffentlichten Studie beteiligt.
„Als wir 2017 in unserem ersten Analogexperiment zum ersten Mal klare Anzeichen für die Physik Schwarzer Löcher beobachteten“, so Weinfurtner, „war das ein bahnbrechender Moment für das Verständnis einiger bizarrer Phänomene, deren Untersuchung auf andere Weise oft schwierig, wenn nicht gar unmöglich ist“.
Das Experiment zeigt, wie Quantenflüssigkeiten genutzt werden können, um extreme kosmische Bedingungen nachzustellen. Es öffnet damit neue Wege, das Verhalten von Quantenfeldern in gekrümmten Raumzeiten zu untersuchen.
Quellen: University of Nottingham; „Rotating curved spacetime signatures from a giant quantum vortex“ (Nature, 2024)
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