La ricerca, guidata dall’Università di Nottingham in collaborazione con il King’s College di Londra e l’Università di Newcastle, ha dato vita a una piattaforma sperimentale del tutto inedita: un tornado quantico. Creando un gigantesco vortice all’interno dell’elio superfluido, raffreddato a temperature inferiori ai -271 °C, i ricercatori hanno potuto osservare le dinamiche delle onde superficiali minime e hanno dimostrato che questi vortici quantici simulano le condizioni gravitazionali vicino ai buchi neri rotanti. I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nature.
Il dottor Patrik Svancara, autore principale dello studio e membro della School of Mathematical Sciences dell’Università di Nottingham, ha spiegato che l’utilizzo dell’elio superfluido ha permesso di studiare le onde superficiali con maggiore dettaglio e precisione rispetto agli esperimenti precedenti condotti con l’acqua. Grazie alla viscosità estremamente bassa dell’elio superfluido, è stato possibile indagare meticolosamente la loro interazione con il tornado quantico e confrontare i risultati con le proiezioni teoriche del team.
Per realizzare l’esperimento, è stato costruito un sistema criogenico su misura capace di contenere diversi litri di elio superfluido a temperature criogeniche. A queste temperature, l’elio liquido acquisisce proprietà quantistiche insolite che di solito impediscono la formazione di vortici giganti in altri fluidi quantici, come i gas atomici ultrafreddi o i fluidi quantici di luce. Questo sistema ha dimostrato come l’interfaccia dell’elio superfluido agisca come una forza stabilizzante per questi oggetti.
I ricercatori hanno scoperto affascinanti parallelismi tra il flusso vorticoso e l’influenza gravitazionale dei buchi neri sullo spaziotempo circostante. Questo risultato apre nuove strade per le simulazioni di teorie dei campi quantistici a temperatura finita all’interno del complesso ambito degli spaziotempi curvi.
La professoressa Silke Weinfurtner, che ha guidato il lavoro nel Black Hole Laboratory dove è stato sviluppato questo esperimento, ha sottolineato l’importanza di questo lavoro: “Quando abbiamo osservato per la prima volta chiare firme della fisica dei buchi neri nel nostro esperimento analogico iniziale nel 2017, è stato un momento di svolta per la comprensione di alcuni dei fenomeni più bizzarri che spesso sono difficili, se non impossibili, da studiare altrimenti. Ora, con il nostro esperimento più sofisticato, abbiamo portato questa ricerca a un livello superiore, che potrebbe alla fine consentirci di prevedere come si comportano i campi quantici negli spaziotempi curvi intorno ai buchi neri astrofisici.”