ESPACE — Des scientifiques ont créé un vortex quantique géant dans un superfluide d’hélium. Ils l’ont utilisé pour étudier les propriétés mystérieuses des trous noirs.
Les bains à remous sont constitués d’hélium liquide refroidi à un niveau proche du zéro absolu. Il se déplace sans friction, ce qui lui permet d’imiter la façon dont la rotation d’un trou noir courbe l’espace-temps autour de lui.
En étudiant ces vortex, les physiciens peuvent obtenir des informations importantes sur le comportement de ces monstres cosmiques. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue Nature le 20 mars 2024.
“L’utilisation de l’hélium superfluide nous a permis d’étudier les petites ondes de surface avec plus de détails et de précision que nos précédentes expériences dans l’eau”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Patrik Svancara, physicien à l’Université de Nottingham en Angleterre, dans un communiqué.
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Selon lui, la viscosité de l’hélium superfluide étant si faible, ils peuvent étudier de près son interaction avec les tornades superfluides. Comparez ensuite les résultats avec leurs projections théoriques.
Pour les physiciens, le fonctionnement des trous noirs reste un mystère. L’attraction gravitationnelle infinie de ces objets extrêmes viole les lois connues de la physique. Pour ceux qui cherchent à combiner la théorie de la relativité générale d’Einstein avec la mécanique quantique, cela signifie que la courbure de l’espace-temps par les trous noirs offre un attrait irrésistible.
En l’absence de violentes disparités spatio-temporelles sur Terre, l’équipe à l’origine de la nouvelle recherche a recherché des systèmes modèles capables de simuler certains des vortex extrêmes qui existent autour des trous noirs. Une fois l’hélium liquide refroidi à quelques fractions au-dessus du zéro absolu, ils l’ont placé dans un réservoir avec une hélice au fond pour créer des tourbillons dans le liquide.
Ensuite, en observant le mouvement du superfluide, les chercheurs ont analysé comment des milliers de minuscules vortex se combinent pour former des tourbillons géants. Le superfluide s’écoule environ 500 fois plus facilement que l’eau.
Svancara a déclaré que l’hélium superfluide contient de minuscules objets appelés vortex quantiques, qui ont tendance à se disperser les uns par rapport aux autres. “Dans notre configuration, nous avons réussi à confiner des dizaines de milliers de ces quanta dans un objet compact qui ressemble à une petite tornade, produisant ainsi un flux vortex d’une force record dans le domaine des fluides quantiques”, a-t-il déclaré.
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En étudiant les tourbillons quantiques, les scientifiques ont découvert des similitudes convaincantes avec le comportement des trous noirs dans l’espace. Plus particulièrement, ils ont observé un phénomène similaire de trou noir appelé ringdown, qui se produit lorsqu’un trou noir nouvellement formé vibre sur son axe.
Maintenant que des équations plus simples ont été observées, les chercheurs vont concentrer leurs expériences sur des aspects plus mystérieux du comportement des trous noirs.
“Cela pourrait finalement nous amener à prédire comment les champs quantiques se comportent dans un espace-temps courbe autour des trous noirs astrophysiques”, a déclaré Silke Weinfurtner, co-auteur de l’étude et professeur de physique à l’Université de Nottingham.
2024-03-27 00:53:17
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