Tornado kuantum raksasa berperilaku seperti miniatur lubang hitam – Dunia Fisika

Sebuah platform eksperimental baru yang dikenal sebagai pusaran kuantum raksasa meniru perilaku lubang hitam tertentu, sehingga memberikan para ilmuwan kesempatan untuk mengamati fisika struktur astrofisika ini dari dekat. Pusaran tersebut muncul dalam helium superfluida yang didinginkan hingga mendekati suhu nol mutlak, dan menurut tim yang membuatnya, studi tentang dinamikanya dapat memberikan petunjuk tentang bagaimana lubang hitam kosmologis menghasilkan karakteristik ruangwaktu melengkung yang berputar.

Lubang hitam mengerahkan gaya gravitasi yang sangat besar pada lingkungannya, membengkokkan struktur ruang-waktu hingga tingkat yang belum pernah terjadi sebelumnya di antara struktur-struktur lain yang kita amati di alam semesta. Kekuatan-kekuatan ini begitu besar sehingga menyeret struktur ruang-waktu di sekitarnya saat lubang hitam berputar, menciptakan lingkungan bergejolak yang unik.

Efek dramatis seperti itu jelas tidak dapat dipelajari di laboratorium, sehingga para peneliti mencari cara untuk membuat struktur yang meniru efek tersebut. Misalnya, gravitasi dan dinamika fluida berperilaku serupa jika viskositas fluida sangat rendah, seperti halnya helium cair (superfluida, artinya mengalir dengan sedikit atau tanpa gesekan) dan awan atom dingin.

Aliran pusaran dibuat dalam blender dapur

Pada suhu mendekati nol (kurang dari -271 °C), helium cair mengandung struktur berputar kecil yang dikenal sebagai pusaran kuantum. Biasanya, vortisitas ini tetap terpisah, jelasnya Patrik Svancara, seorang fisikawan di University of Nottingham, Inggris. Namun dalam studi terbaru, Svancara, salah satu pemimpin tim Silke Weinfurtner, dan rekan di King College London dan Newcastle University berhasil mengurung puluhan ribu kuanta tersebut dalam sebuah objek kompak yang menyerupai tornado.

“Bagian utama dari pengaturan kami adalah baling-baling berputar yang membentuk lingkaran sirkulasi helium superfluida secara terus menerus, menstabilkan pusaran yang terbentuk di atasnya,” jelas Weinfurtner dan Svancara. Pengaturan ini, mereka menambahkan, terinspirasi oleh peneliti di Jepang, yang juga menghasilkan aliran pusaran raksasa dalam perangkat yang menyerupai blender dapur, bukan dengan menempatkan seluruh peralatan eksperimen pada platform berputar.

Dari cairan biasa hingga superfluida

Para peneliti memulai percobaan mereka dengan cairan berputar pada tahun 2017, ketika mereka mengamati dinamika gelombang yang meniru lubang hitam di “bak mandi” yang dirancang khusus yang berisi hampir 2000 liter air. “Ini adalah momen terobosan untuk memahami beberapa fenomena aneh yang seringkali menantang, bahkan mustahil, untuk dipelajari,” kata Weinfurtner, fisikawan di Nottingham's. Laboratorium Lubang Hitam, tempat percobaan disusun dan dikembangkan. “Sekarang, dengan eksperimen kami yang lebih canggih, kami telah membawa penelitian ini ke tingkat berikutnya, yang pada akhirnya dapat mengarahkan kami untuk memprediksi bagaimana perilaku medan kuantum dalam ruang-waktu melengkung di sekitar lubang hitam astrofisika.”

Peralihan dari fluida klasik seperti air ke fluida kuantum seperti helium superfluida sangatlah penting, jelas Weinfurtner, karena viskositas superfluida jauh lebih kecil. Superfluida juga menampilkan sifat mekanika kuantum yang unik seperti kuantisasi kekuatan pusaran, yang berarti bahwa setiap pusaran dalam helium superfluida harus terdiri dari kuanta dasar yang disebut pusaran kuantum. “Membuat vortisitas besar seperti yang kita miliki merupakan suatu tantangan karena masing-masing kuanta cenderung bergerak menjauh satu sama lain, seperti yang disebutkan Patrik,” kata Weinfurtner. Dunia Fisika, “tetapi kami mampu menstabilkan aliran pusaran yang menampung puluhan ribu kuanta di wilayah padat, [yang] merupakan nilai yang memecahkan rekor dalam bidang fluida kuantum.”

Struktur baru ini akan membantu para peneliti mensimulasikan dinamika medan kuantum dalam ruang-waktu melengkung yang kompleks, seperti lubang hitam, dan menawarkan alternatif terhadap sistem ultra-dingin dua dimensi yang secara konvensional digunakan dalam penelitian tersebut hingga saat ini, tambahnya.

“Memanfaatkan teknik kontrol aliran canggih dan metode deteksi resolusi tinggi untuk mendeteksi dinamika gelombang pada permukaan superfluida telah memungkinkan kami mengekstrak struktur aliran makroskopis dan memvisualisasikan interaksi gelombang-vorteks yang rumit,” katanya. “Pengamatan ini telah mengungkapkan adanya keadaan terikat mikroskopis dan fenomena dering seperti lubang hitam di permukaan bebas pusaran kuantum raksasa, yang saat ini sedang kami selidiki lebih lanjut.”

Para peneliti sekarang berencana untuk meningkatkan keakuratan metode pendeteksian mereka dan mengeksplorasi rezim di mana kuantisasi kekuatan pusaran menjadi penting. “Fitur ini dapat mempengaruhi cara lubang hitam berinteraksi dengan lingkungannya, dan berpotensi mengajarkan kita tentang fisika lubang hitam,” kata Svancara.

Pekerjaan saat ini dirinci dalam Alam.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/giant-quantum-tornado-behaves-like-a-black-hole-in-miniature/