Pesquisadores no Reino Unido Criam 'Tornado Quântico' em Laboratório Que Permite Estudar Buracos Negros

Caros leitores e leitoras do BS,

 

Em 27 de março, o site Inovação Tecnológica divulgou que uma equipe de pesquisadores, provenientes de diversas instituições, alcançou um feito notável na Universidade de Nottingham, no Reino Unido: a criação de um Tornado Quântico, também conhecido como vórtice quântico, com dimensões que permitem o estudo de buracos negros em um ambiente controlado de laboratório.

 

[Imagem: Leonardo Solidoro]

Configuração experimental que permitiu criar um análogo de buraco negro em laboratório.

O Sonho dos Cientistas

 

A criação de microburacos negros em laboratório tem sido um objetivo de longa data para os cientistas, representando um marco na história da ciência. Tal realização poderia proporcionar respostas cruciais sobre a mecânica quântica e a misteriosa natureza da gravidade. Anteriormente, havia esperanças de que o Grande Colisor de Hádrons (LHC) pudesse gerar esses microburacos negros, mas até o momento isso não ocorreu.

 

Enquanto aguardamos a concretização desses experimentos, nos contentamos com os chamados "análogos", que são representações simuladas de buracos negros. Embora não sejam a coisa real, esses análogos preservam uma ou mais características dos buracos negros, permitindo-nos compreendê-los em maior profundidade.

 

O Experimento em Nottingham

 

Na Universidade de Nottingham, uma equipe multidisciplinar conseguiu criar, pela primeira vez, um vórtice quântico com dimensões significativas, imitando assim um buraco negro. Isso possibilita uma análise mais detalhada do comportamento desses análogos de buracos negros e sua interação com o ambiente circundante.

 

Utilizando hélio resfriado até próximo do zero absoluto, quando o gás se transforma em um superfluido, os pesquisadores liderados por Patrik Svancara geraram um tornado de proporções macroscópicas que, devido à sua temperatura extremamente baixa, mantém efeitos quânticos.

 

Observando a dinâmica das ondas geradas na superfície do superfluido, a equipe confirmou que esses tornados quânticos imitam as condições gravitacionais próximas a buracos negros em rotação, onde as ondas de superfície se comportam como campos que se propagam em uma geometria curva do espaço-tempo.

 

[Imagem: Patrik Svancara et al. - 10.1038/s41586-024-07176-8]

Estrutura do experimento.

O Papel da Viscosidade

 

A manipulação da viscosidade é essencial para criar essa analogia entre gravidade e fluidos. O uso de hélio superfluido permitiu aos pesquisadores estudar minuciosamente a interação entre as pequenas ondas de superfície e o tornado superfluido, comparando os resultados com projeções teóricas.

 

O Aparato Experimental

 

O aparato experimental, embora tecnologicamente avançado e requerendo ajustes experimentais, lembra vagamente um liquidificador. No entanto, em vez de lâminas que cortam o fluido, a rotação é induzida por ímãs. Este "liquidificador quântico" pode conter vários litros de hélio superfluido a temperaturas abaixo de -271 °C, onde o hélio líquido adquire propriedades quânticas incomuns.

 

[Imagem: Patrik Svancara et al. - 10.1038/s41586-024-07176-8]

As ondas formadas na superfície do vórtice quântico permitem estudar como o espaço-tempo se curva.

Conclusões Preliminares e Perspectivas Futuras

 

Os resultados iniciais revelaram paralelos interessantes entre o fluxo do vórtice e a influência gravitacional dos buracos negros no espaço-tempo ao seu redor. Essa descoberta servirá de base para aprimorar as simulações das teorias quânticas de campos em computador, que buscam compreender os complexos espaços-tempos curvos.

 

A professora Silke Weinfurtner, líder da equipe, expressou entusiasmo quanto ao avanço da pesquisa, ressaltando que este experimento poderá eventualmente levar a previsões mais precisas sobre o comportamento dos campos quânticos em torno de buracos negros astrofísicos.

 

Bibliografia:

 

Artigo: Rotating curved spacetime signatures from a giant quantum vortex

Autores: Patrik Svancara, Pietro Smaniotto, Leonardo Solidoro, James F. MacDonald, Sam Patrick, Ruth Gregory, Carlo F. Barenghi, Silke Weinfurtner

Revista: Nature

DOI: 10.1038/s41586-024-07176-8

 

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