Rannsóknarstofa fylgist með orkuútdráttaráhrifum svarthola án snúningshlutar

Vísindamenn hafa í fyrsta skipti fylgst með Floquet-reglu snúnings-superradiance í rannsóknarstofuumhverfi, sem sýnir fram á hið lengi kennda Penrose-Zel'dovich-ferli með því að nota tíma-rúm-mótað hringkerfi frekar en snúningssvarthol. Niðurstöðurnar, sem birtar voru í Nature þann 8. júlí, staðfesta að bylgjur með rétta snúningseiginleika geta dregið orku úr snúningskerfi og komið fram magnaðar.nature+2

Frá stjarneðlisfræðilegri kenningu til borðtilraunar

Penrose-ferlið, sem Roger Penrose lagði til árið 1969, lýsir því hvernig hægt væri að draga orku úr ergosphere snúningssvarthols. Yakov Zel'dovich útvíkkaði hugmyndina snemma á áttunda áratugnum og spáði því að hvaða snúningsgleypir sem er gæti magnað rafsegulbylgjur sem bera hornskriðþunga, að því tilskildu að hluturinn snúist nógu hratt. Í áratugi voru áhrifin utan seilingar tilrauna.phys+1

Nýja verkið, undir forystu Hadiseh Nasari, Hady Moussa hjá Photonics Initiative við CUNY Advanced Science Research Center, og Andrea Alù, kemst hjá þörfinni fyrir líkamlega snúningshlut. Í staðinn hannaði teymið hringkerfi með tíma-rúm-mótun — sem líkir í raun eftir snúningi með vandlega tímasettum breytingum á eiginleikum kerfisins. Þessi Floquet-nálgun gerði vísindamönnunum kleift að fylgjast með superradiant mögnun rafsegulbylgjustillinga, sem staðfestir kjarnaspána um að snúningsmiðill geti flutt orku yfir á dreifðar bylgjur.nature+1

Byggt á fyrri byltingum

Niðurstaðan framlengir röð tilraunaframfara. Árið 2020 staðfestu Marion Cromb og samstarfsmenn við háskólann í Glasgow lykilþátt í Penrose-ferlinu með því að nota snúnar hljóðbylgjur og snúningsfroðudisk, og birtu niðurstöður sínar í Nature Physics. Fyrr á þessu ári sýndi annað teymi fram á rafsegulbylgju-„svartholssprengju“-óstöðugleika með því að nota snúningsmálmsívalning paraðan við resonator, sem staðfesti veldisvísismögnun Zel'dovich-áhrifanna.iflscience+4

Floquet-nálgunin sem greint er frá í dag er frábrugðin því að hún útilokar vélrænan snúning algjörlega og treystir í staðinn á tilbúna hreyfingu sem sköpuð er með tímaháðum rafsegulbreytum. Þetta opnar nýjar leiðir til að rannsaka snúnings-superradiance í þéttum ljóseindakerfum.

Afleiðingar fyrir eðlisfræði og tækni

Tilraunin brúar bilið á milli stjarneðlisfræðilegrar kenningar og ljóseindatækni. Þó að það sé enn langt í að hægt sé að draga orku úr raunverulegu svartholi, gæti skilningur á superradiance í stýrðu umhverfi upplýst hönnun nýrra magnara og rafala. Verkið veitir einnig vettvang til að kanna dýpri spurningar um víxlverkun bylgju og efnis í snúningsramma — spurningar sem hingað til var aðeins hægt að kanna með stærðfræði og fjarlægum stjarnfræðilegum athugunum.