|
Экзотические вихри на картине 'Звездная ночь'
|
|
|
|
Картина Ван Гога "Звездная ночь" уже более ста лет будоражит души любителей искусства. Теперь ее кружащиеся небеса могут заинтересовать и физиков, поскольку они отражают закономерности квантовой турбулентности.
|
|
|
|
Физики из Столичного университета Осаки и Корейского передового института науки и технологий впервые успешно наблюдали квантовую нестабильность Кельвина–Гельмгольца (KHI) — явление, предсказанное десятилетия назад, но никогда ранее не наблюдавшееся в квантовых жидкостях. Нестабильность создает экзотические вихревые структуры, известные как эксцентричные дробные скирмионы, чьи структуры в форме полумесяца напоминают луну на шедевре Ван Гога.
|
|
|
|
КХИ — это классическое явление в гидродинамике, когда волны и вихри образуются на границе между двумя жидкостями, движущимися с разной скоростью, как это видно на океанских волнах, взбиваемых ветром, клубящихся облаках или небесах Ван Гога.
|
|
|
|
"Наше исследование началось с простого вопроса: может ли неустойчивость Кельвина–Гельмгольца возникать в квантовых жидкостях?" сказал Хиромицу Такеучи, доцент Высшей научной школы Столичного университета Осаки и один из ведущих авторов этого исследования.
|
|
|
|
|
|
|
Охлаждая газообразный литий почти до абсолютного нуля, исследователи создали многокомпонентный конденсат Бозе-Эйнштейна – квантовую сверхтекучую жидкость — с двумя потоками, текущими с разной скоростью. На их стыке возникает волнистый узор, отражающий классическую турбулентность, но затем образуются вихри, управляемые странными правилами квантовой механики и топологии.
|
|
|
|
Эти вихри оказались эксцентричными дробными скирмионами, или EFSs — недавно обнаруженным видом топологического дефекта.
|
|
|
|
"Скирмионы обычно симметричны и центрированы", - сказал Такеучи. "Но EFSS имеют форму полумесяца и содержат встроенные сингулярности - точки, в которых обычная структура вращения разрушается, создавая резкие искажения. На мой взгляд, большой полумесяц в правом верхнем углу "Звездной ночи" выглядит в точности как EFS", - сказал Такеучи.
|
|
|
|
Скирмионы, впервые обнаруженные в магнитных материалах, вызывают растущий интерес к использованию в спинтронике и устройствах памяти из-за их стабильности, небольшого размера и необычной динамики. Открытие нового вида скирмиона в сверхтекучей среде может иметь значение как для прикладных технологий, так и для нашего понимания квантовых систем.
|
|
|
|
Заглядывая в будущее, команда планирует усовершенствовать свои измерения.
|
|
|
|
"С помощью более точных экспериментов мы, возможно, сможем проверить предсказания 19-го века о длине волны и частоте волн интерфейса, управляемых KHI", - сказал Такеучи.
|
|
|
|
Исследователи также видят более широкий теоретический потенциал.
|
|
|
|
"EFSS бросают вызов традиционным топологическим классификациям", - сказал Такеучи. "Их встроенные особенности поднимают новые вопросы, и мы надеемся изучить, возникают ли подобные структуры в других многокомпонентных или многомерных системах".
|
|
|
|
Источник
|
