Квантовая физика неожиданно встретилась с искусством: учёные обнаружили редкий феномен - квантовую турбулентность, чьи вихревые структуры удивительным образом напоминают закрученные формы на знаменитой картине Винсента Ван Гога «Звёздная ночь».
Исследователи из Университета Осаки (Япония) и Корейского института передовых технологий впервые экспериментально наблюдали неустойчивость Кельвина, Гельмгольца (KHI) в квантовой среде, поведение, предсказанное ещё десятилетия назад, но долгое время остававшееся лишь теоретической гипотезой в рамках квантовой гидродинамики.
На классическом уровне KHI проявляется, когда на границе двух слоёв жидкости, движущихся с разной скоростью, формируются волны и завихрения - этот эффект можно увидеть, например, в океанских волнах, закрученных облаках или в тех самых вращающихся формами на ночном небе Ван Гога.
Но квантовый вариант этого явления куда более экзотичен. Чтобы его изучить, команда охладила газ лития до сверхнизкой температуры, близкой к абсолютному нулю, и создала двухкомпонентный конденсат Бозе – Эйнштейна, это особое состояние вещества, в котором атомы начинают вести себя как единое квантовое целое.
На границе между двумя потоками в этой системе, движущимися с разной скоростью, сначала появились классические волны. Однако затем возникли более сложные образования - вихри с квантовыми свойствами, которые учёные идентифицировали как эксцентричные дробные скирмионы (EFS). Эти образования имеют серповидную форму и нарушенную симметрию, что делает их особенно необычными.
Хиромицу Такеучи, доцент Университета Осаки и один из руководителей проекта, пояснил: в отличие от обычных скирмионов, которые симметричны, EFS искажены и содержат своеобразные участки, где привычная структура спина разрушается. По его мнению, полумесяц в верхней части «Звёздной ночи» Ван Гога выглядит почти идентично этим вихрям».
Скирмионы уже давно интересуют учёных в области спинтроники и нанотехнологий благодаря своей стабильности, размеру и необычной динамике. Открытие нового их типа в сверхтекучих квантовых жидкостях может расширить горизонты как фундаментальных исследований, так и практического применения в будущем.
В ближайших планах учёных - проведение более точных измерений, чтобы проверить старинные теоретические предсказания, сделанные ещё в XIX веке, касающиеся длины волны и частоты колебаний, возникающих в результате KHI.
Свежие комментарии