Simulazione di buchi neri con elio superfluido: un’innovativa frontiera della fisica

Simulazione di buchi neri con elio superfluido: un’innovativa frontiera della fisica
Quando non puoi andare a vedere un buco nero, porta un (finto) buco nero a casa. (visibleimpression/Shutterstock.com)

I buchi neri, oggetti al limite delle nostre teorie fisiche, rappresentano un campo di studio cruciale per testare la nostra comprensione dell’universo. Sebbene i buchi neri astrofisici siano oggetto di molteplici approcci di studio, la simulazione di uno in laboratorio si presenta come un’opzione allettante, sebbene impraticabile per via delle conseguenze distruttive. Gli scienziati hanno quindi optato per una soluzione alternativa: la creazione di una simulazione utilizzando un tornado quantistico.

Quando l’elio viene raffreddato a pochi gradi sopra lo zero assoluto, si trasforma in un superfluido, uno stato in cui l’intero liquido diventa quantomeccanico, fluendo senza attrito e mantenendo inalterata la sua energia cinetica durante il movimento. Agitando il superfluido, si generano vortici che possono persistere indefinitamente. All’interno di questo contesto, è stato possibile confinare decine di migliaia di vortici quantici in un’unica struttura compatta, simile a un piccolo tornado, creando un flusso vorticoso con una resistenza senza precedenti nel regno dei fluidi quantistici, come dichiarato dal dottor Patrik Svancara, primo autore dello studio presso la Scuola di Scienze Matematiche dell’Università di Nottingham.

Un contenitore mostra un vortice appena visibile al centro
Il vortice quantico nell’esperimento dell’elio superfluido l’elio superfluido è davvero trasparente!
Immagine di credito: Leonardo Solidoro

La simulazione dei buchi neri in laboratorio è stata precedentemente realizzata con acqua e onde sonore, ma l’utilizzo dell’elio superfluido ha permesso di avvicinarsi maggiormente alla realtà, grazie alla sua assenza di attrito. Questo approccio si è dimostrato più realistico nel simulare lo spaziotempo e i buchi neri stessi. L’elio superfluido ha consentito uno studio più dettagliato e accurato delle onde superficiali rispetto alle simulazioni con acqua, grazie alla sua estremamente bassa viscosità.

Il lavoro condotto è frutto di anni di impegno e dedizione. I risultati più recenti evidenziano come i ricercatori siano riusciti a osservare interazioni analoghe a quelle previste attorno ai buchi neri, aprendo nuove prospettive nello studio dei campi quantistici nello spaziotempo curvo e rotante. La professoressa Silke Weinfurtner, guida del Laboratorio dei Buchi Neri dove è stato condotto l’esperimento, sottolinea che il rilevamento di chiare firme della fisica dei buchi neri nel 2017 ha rappresentato un momento di svolta nella comprensione di fenomeni altrimenti difficili, se non impossibili, da studiare in altro modo.

Con l’esperimento più sofisticato condotto, la ricerca si spinge verso nuove frontiere, aprendo la strada alla previsione del comportamento dei campi quantistici negli spaziotempi curvi attorno ai buchi neri astrofisici. Lo studio è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature, confermando l’importanza e la rilevanza di questo approccio innovativo alla comprensione dei misteri dell’universo.

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