Zum ersten Mal wurde ein Quanten-Tornado erschaffen

Die Menschheit will mehr über Schwarze Löcher herausfinden. Deshalb haben britische Wissenschaftler*innen nun zum ersten Mal in der Geschichte einen Quanten-Tornado erschaffen, der ein Schwarzes Loch mit suprafluidem Helium nachahmt. Das Experiment zeigt erstmals im Detail, wie Schwarze Löcher mit ihrer Umgebung interagieren und sich verhalten. 

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Für den Versuch entwickelten die britischen Wissenschaftler*innen ein eigenes kryogenes System in das mehrere Liter supraflüssiges Helium hineinkommen. Gasförmiges Helium wird flüssig, wenn es extrem stark abgekühlt wird - für das Experiment auf -271 Grad Celsius. In diesem Zustand fließt Helium ohne Reibung. Es verliert also bei seiner Bewegung keine kinetische Energie. Wenn das flüssige Helium gerührt wird, kann ein solches Suprafluid einen Wirbel bilden, der unbegrenzt weiter rotiert. 

Forscher untersuchten Oberflächenwellen

Es wird dadurch zu einer Flüssigkeit mit Quanteneigenschaften: „Suprafluides Helium enthält winzige Quantenwirbel, die dazu neigen, voneinander wegzudriften. In unserem Versuchsaufbau ist es uns gelungen, Zehntausende dieser Quanten in einem kompakten Objekt einzuschließen“, erklärt der leitendende Forscher Patrik Svancara in einer Presseaussendung. Das Ergebnis ähnelt einem kleinen Tornado.

„Durch die Verwendung von supraflüssigem Helium konnten wir winzige Oberflächenwellen detaillierter und genauer untersuchen als mit unseren vorherigen Experimenten mit Wasser. Da die Viskosität von suprafluidem Helium extrem gering ist, konnten wir ihre Wechselwirkung mit dem suprafluiden Tornado sorgfältig unter die Lupe nehmen und die Ergebnisse mit unseren eigenen theoretischen Prognosen vergleichen“, so Svancara.

Experiment hilft uns Schwarze Löcher besser zu verstehen

Es gibt Parallelen zwischen dem Tornado im Labor und den Strömungen im Umfeld schwarzer Löcher. Die neuen Erkenntnisse ebnen nun den Weg für ähnliche Simulationen, mit denen man Theorien über Quantenfelder in gekrümmten Raumzeiten besser verstehen kann. 

„Mit unserem Experiment haben wir diese Forschung nun auf die nächste Ebene gehoben. Es könnte irgendwann dazu führen, dass wir vorhersagen können, wie sich Quantenfelder in gekrümmten Raumzeiten um astrophysikalische Schwarze Löcher verhalten“, sagte Silke Weinfurtner, die das Forschungslabor leitet.