الإعصار الكمي” الأول من نوعه يحقق رقمًا قياسيًا في محاكاة الثقب الأسود
مصر:إيهاب محمد زايد
تساعد دوامة السوائل الفائقة التي يتم التحكم فيها في المختبر الفيزيائيين على تعلم المزيد عن سلوك الثقوب السوداء.
الدوامة المتولدة من الهيليوم المبرد إلى جزء صغير فقط فوق الصفر المطلق تحاكي بيئة الجاذبية لهذه الأجسام بدقة عالية لدرجة أنها تعطي نظرة غير مسبوقة حول كيفية سحب وتشويه الزمكان حولها.
يوضح الفيزيائي باتريك سفانكارا من جامعة نوتنغهام في المملكة المتحدة، الذي قاد البحث: “لقد سمح لنا استخدام الهيليوم فائق السيولة بدراسة الموجات السطحية الصغيرة بتفصيل ودقة أكبر من تجاربنا السابقة في الماء”.
“نظرًا لأن لزوجة الهيليوم فائق السيولة صغيرة للغاية، فقد تمكنا من إجراء تحقيق دقيق في تفاعلها مع الإعصار فائق السيولة ومقارنة النتائج مع توقعاتنا النظرية الخاصة.”
من المحتمل جدًا أن تكون الثقوب السوداء هي أغرب الأجسام وأكثرها تطرفًا في الكون بأكمله الذي يحتوي على أشياء غريبة جدًا. كما أنها صعبة الدراسة. لا ينبعث منها أي إشعاع يمكننا اكتشافه؛ يمكننا فقط رؤية الضوء من الفضاء المحيط بهم مباشرة. لكن لدينا بعض الدراسات النظرية الجيدة جدًا التي يمكنها وصف سلوكها الملحوظ بدقة تامة.
إحدى الطرق التي يمكننا من خلالها معرفة المزيد عنها هي إنشاء نظائرها للثقوب السوداء. هذه تجارب يمكنها إعادة إنشاء نظرية الثقوب السوداء لتوضيح جوانب أخرى من سلوكها. أحد أنواع الثقب الأسود التناظري هو الدوامة أو الدوامة.
أي مادة تقترب بدرجة كافية من الثقب الأسود تبدأ في الدوران حولها، ثم تسقط عليها، مثل الماء الذي يدور ويقرقر في المصرف.
وهذه المقارنة مناسبة جدًا لدرجة أن العلماء قاموا ببناء دوامات مائية لدراسة سلوك الثقب الأسود. ومع ذلك، أراد سافانتارا وزملاؤه أن يأخذوا هذه الخطوة إلى الأمام، باستخدام الهيليوم فائق السيولة.
هذا هو نظير الهيليوم – الهيليوم -4 – الذي تم تبريده إلى -271 درجة مئوية (-456 فهرنهايت)، أي أعلى بقليل من الصفر المطلق. عند درجة الحرارة شديدة البرودة، تتباطأ البوزونات الموجودة في الهيليوم-4 بدرجة كافية لتتداخل وتتصرف كذرة واحدة فائقة – سائل عديم اللزوجة، أو سائل فائق.
تجربة الفريق، مع دوامة تدور حول سائل الهيليوم الفائق. (ليوناردو سوليدورو)
استخدم الفريق الخصائص الكمومية غير العادية لسائل الهيليوم-4 الفائق لتوليد نوع من “الإعصار الكمي”.
يقول سافانتارا: “يحتوي الهيليوم فائق السيولة على أجسام صغيرة تسمى الدوامات الكمومية، والتي تميل إلى الانتشار بعيدًا عن بعضها البعض”. “في إعدادنا، تمكنا من حصر عشرات الآلاف من هذه الكمات في جسم مضغوط يشبه إعصارًا صغيرًا، مما حقق تدفقًا دواميًا بقوة قياسية في عالم السوائل الكمومية.”
ومن خلال دراسة هذا الإعصار، تمكن الباحثون من تحديد أوجه التشابه بين تدفق الدوامة وتأثير ثقب أسود دوار على الزمكان المنحني حوله. على وجه الخصوص، لاحظ الباحثون موجات ثابتة مماثلة لحالات الثقب الأسود، وإثارة مماثلة لرنين ثقب أسود حديث التكوين.
وهذه ليست سوى البداية. والآن بعد أن أثبت الباحثون أن تجربتهم تعمل بالطريقة التي أرادوها، فإن الدوامة مهيأة لفتح مجال جديد من علوم الثقب الأسود.
يقول الفيزيائي سيلك فاينفورتنر: “عندما لاحظنا لأول مرة بصمات واضحة لفيزياء الثقب الأسود في تجربتنا التناظرية الأولية في عام 2017، كانت تلك لحظة اختراق لفهم بعض الظواهر الغريبة التي غالبًا ما تكون دراستها بطريقة أخرى صعبة، إن لم تكن مستحيلة”. من جامعة نوتنغهام.
“الآن، من خلال تجربتنا الأكثر تعقيدًا، انتقلنا بهذا البحث إلى المستوى التالي، والذي قد يقودنا في النهاية إلى التنبؤ بكيفية سلوك الحقول الكمومية في الزمكان المنحني حول الثقوب السوداء الفيزيائية الفلكية.”
وقد تم نشر البحث في مجلة الطبيعة.
