Grazie a un tornado quantistico, un vortice superfluido controllato in laboratorio, è stato possibile riprodurre in laboratorio i buchi neri e di conseguenza studiarne da vicino il loro comportamento.
Il tornado quantistico fornisce informazioni dettagliate sui buchi neri
Il tornado quantistico è stato generato nell’elio raffreddato appena una frazione sopra lo zero assoluto e imita l’ambiente gravitazionale dei buchi neri con una precisione così elevata da fornire informazioni senza precedenti su come trascinano e deformano lo spazio-tempo attorno a loro.
“L’uso dell’elio superfluido ci ha permesso di studiare minuscole onde superficiali in modo più dettagliato e accurato rispetto ai nostri precedenti esperimenti in acqua“, ha spiegato il fisico Patrik Švančara dell’Università di Nottingham nel Regno Unito, che ha guidato la ricerca sul tornado quantistico.
“Poiché la viscosità dell’elio superfluido è estremamente ridotta, siamo stati in grado di indagare meticolosamente la loro interazione con il tornado quantistico e confrontare i risultati con le nostre proiezioni teoriche“.
Studiare la complessità dei buchi neri attraverso un tornado quantistico
I buchi neri sono probabilmente gli oggetti più particolari dell’Universo e sono anche notoriamente difficili da studiare. Non emettono alcuna radiazione che possiamo rilevare possiamo vedere solo la luce proveniente dallo spazio immediatamente circostante, ma disponiamo di alcuni ottimi studi teorici che possono descrivere il comportamento osservato in modo abbastanza accurato.
Un modo per saperne di più su di loro è creare analoghi ai buchi neri. Si tratta di esperimenti che possono ricreare la teoria dei buchi neri per chiarire altri aspetti del loro comportamento. Un tipo di analogo del buco nero è un vortice o mulinello.
Qualsiasi materiale che si avvicini abbastanza a un buco nero inizia a girargli attorno e poi a cadere su di esso, come l’acqua che circola e gorgoglia in uno scarico.
Questo confronto è così appropriato che gli scienziati hanno persino costruito vortici d’acqua per studiare il comportamento dei buchi neri. Švančara e i suoi colleghi, tuttavia, hanno voluto fare un ulteriore passo avanti con l’elio superfluido hanno sviluppato un tornado quantistico.
Si tratta di un isotopo dell’elio – elio-4 – che è stato raffreddato a -271 gradi Celsius (-456 Fahrenheit), appena sopra lo zero assoluto. A questa temperatura estremamente fredda, i bosoni dell’elio-4 rallentano abbastanza da sovrapporsi e comportarsi come un superatomo un fluido con viscosità zero, o superfluido.
“L’elio superfluido contiene minuscoli oggetti chiamati vortici quantistici, che tendono a diffondersi l’uno dall’altro“, ha affermato Švančara: “Nella nostra configurazione, siamo riusciti a confinare decine di migliaia di questi quanti in un oggetto compatto simile a un piccolo tornado quantistico, ottenendo un flusso di vortici con una forza da record nel regno dei fluidi quantistici”.
Prospettive per il futuro
Studiando il tornado quantistico, i ricercatori sono stati in grado di identificare somiglianze tra il flusso del vortice e l’influenza di un buco nero rotante sullo spazio-tempo curvo attorno ad esso. In particolare, i ricercatori hanno osservato onde stazionarie analoghe agli stati legati al buco nero ed eccitazioni analoghe al ringdown di un buco nero appena formato .
E questo è solo l’inizio. Ora che i ricercatori hanno dimostrato che il loro esperimento funziona come previsto, il tornado quantistico è pronto a sbloccare una nuova area della scienza dei buchi neri.
“Quando abbiamo osservato per la prima volta segni chiari della fisica dei buchi neri nel nostro esperimento analogico iniziale nel 2017, è stato un momento rivoluzionario per comprendere alcuni dei fenomeni bizzarri che sono spesso difficili, se non impossibili, da studiare altrimenti“, ha specificato il fisico Silke Weinfurtner dell’Università di Nottingham.
“Ora, con il nostro esperimento più sofisticato del tornado quantistico, abbiamo portato questa ricerca a un livello superiore, che potrebbe portarci a prevedere come si comportano i campi quantistici nello spaziotempo curvo attorno ai buchi neri astrofisici”.
