Pour mieux comprendre ces entités encore largement mystérieuses que sont les trous noirs géants, notamment ceux situé au centre des galaxies des physiciens ont généré en laboratoire ce que l’on nomme une tornade quantique, C’est ce qu’ils relatent dans une étude publiée le 20 mars 2024
Par « tornade quantique », on entend plus précisément un tourbillon géant dans de l’hélium superfluide refroidi aux températures les plus basses possibles soit à -271 degrés Celsius proche du zéro absolu).
Pourquoi ces conditions sont-elles favorables à l’étude de l’environnement gravitationnelle autour d’un trou noir en rotation? Parce que, comme souvent, pour étudier les trous noirs, il faut s’intéresser notamment la façon dont ils influencent l’espace-temps qui les entoure.
« L’hélium superfluide contient de minuscules objets appelés tourbillons quantiques, qui ont tendance à s’écarter les uns des autres », explique Dr Patrik Svancara, l’auteur principal de l’étude. « Dans notre installation, nous avons réussi à confiner des dizaines de milliers de ces quanta dans un objet compact ressemblant à une petite tornade, obtenant ainsi un flux tourbillonnaire d’une force record dans le domaine des fluides quantiques. »
Une première expérience similaire, réalisée en 2017, avait démontré à ces physiciens qu’ils étaient sur la bonne voie. Cette nouvelle installation en laboratoire, à base d’hélium, « fait passer cette recherche au niveau supérieur » expliquent les auteurs.
Ainsi cette étude, basée à l’Université de Nottingham, crée une nouvelle plateforme expérimentale pour continuer à comprendre les trous noirs, et certains des phénomènes étranges qui sont souvent difficiles, voire impossibles, à étudier autrement ». Cela vient par exemple s’ajouter aux toutes premières photos prises de ces objets cosmiques.
Voir aussi dans un domaine voisin https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/lenvironnement-immediat-dun-trou-noir-revele-par-des-observations-en-polarimetrie-x
Source
Published: 20 March 2024
Rotating curved spacetime signatures from a giant quantum vortex
- Patrik Švančara, and others
Nature (2024)
Abstract
Gravity simulators1 are laboratory systems in which small excitations such as sound2 or surface waves3,4 behave as fields propagating on a curved spacetime geometry. The analogy between gravity and fluids requires vanishing viscosity2,3,4, a feature naturally realized in superfluids such as liquid helium or cold atomic clouds5,6,7,8. Such systems have been successful in verifying key predictions of quantum field theory in curved spacetime7,8,9,10,11. In particular, quantum simulations of rotating curved spacetimes indicative of astrophysical black holes require the realization of an extensive vortex flow12 in superfluid systems. Here we demonstrate that, despite the inherent instability of multiply quantized vortices13,14, a stationary giant quantum vortex can be stabilized in superfluid 4He. Its compact core carries thousands of circulation quanta, prevailing over current limitations in other physical systems such as magnons5, atomic clouds6,7 and polaritons15,16. We introduce a minimally invasive way to characterize the vortex flow17,18 by exploiting the interaction of micrometre-scale waves on the superfluid interface with the background velocity field. Intricate wave–vortex interactions, including the detection of bound states and distinctive analogue black hole ringdown signatures, have been observed. These results open new avenues to explore quantum-to-classical vortex transitions and use superfluid helium as a finite-temperature quantum field theory simulator for rotating curved spacetimes19.
Europe Solidaire 