|
В сверхтекучей жидкости обнаружены новые квантовые водовороты
|
|
|
|
Международное сотрудничество ученых создало и наблюдало совершенно новый класс вихрей — вращающиеся массы жидкости или воздуха. В своей новой работе, подготовленной исследователями из Амхерстского колледжа в США, Университета Восточной Англии и Ланкастерского университета в Великобритании, подробно описываются первые лабораторные исследования этих «экзотических» водоворотов в ультрахолодном газе атомов при температурах до десятков миллиардных долей. на градус выше абсолютного нуля. Открытие, о котором было объявлено на этой неделе в журнале Nature Communications, может иметь важные будущие последствия для реализации квантовой информации и вычислений.
|
|
|
|
Вихри — знакомые объекты в природе, от водоворотов воды в сливе ванны до воздушного потока вокруг урагана. В квантово-механических системах, таких как атомный конденсат Бозе-Эйнштейна, вихри, как правило, крошечные, и их циркуляция осуществляется дискретными, квантованными единицами. Такие вихри долгое время были объектом восхищения физиков и помогли пролить свет на необычные свойства сверхтекучести и сверхпроводимости. Однако необычная природа наблюдаемых здесь водоворотов обусловлена симметрией квантового газа. Одним особенно захватывающим свойством физических теорий, от космологии до элементарных частиц, является появление асимметричных миров, несмотря на совершенные лежащие в их основе симметрии. Например, когда вода превращается в лед, неупорядоченные молекулы жидкости выстраиваются в периодический ряд.
|
|
|
Пространственная симметрия системы часто легко определяется — например, соты имеют периодический массив ячеек с гексагональной симметрией. Хотя вихревая среда, используемая в этой новой работе, представляет собой жидкость, а не твердый массив, она также обладает внутренним набором скрытых дискретных симметрий. Например, один из ультрахолодных газов команды имел четырехгранную симметрию квадрата, а другой — тетраэдрическую симметрию четырехгранного игрального кубика, знакомую всем игрокам фэнтезийных игр повсюду. «Массовый поток и лежащая в его основе симметрия жидкости интересным образом взаимодействуют друг с другом», — сказал доктор Магнус Борг, доцент кафедры физики UEA.
|
|
|
|
«Одним из следствий является то, что, если положения двух вихрей поменять местами, они могут оставить след процесса, затянувшегося в жидкости. Этот след навсегда связывает взаимодействующие вихри вместе, как ступенька на лестнице». «Обычные жидкости не ведут себя подобным образом, и вполне возможно, что аналогичные объекты существуют только глубоко внутри нейтронных звезд», — добавил профессор Янне Руостекоски из Ланкастерского университета. Действительно, команда говорит, что эти созданные вихри выходят за рамки современного искусства. «Отчасти именно эти связи с незнакомыми областями физики делают нашу работу привлекательной», — сказал профессор Дэвид Холл из Амхерстского колледжа. «И отчасти это наше человеческое понимание симметрии». Непосредственное наблюдение за этим поведением стало целью исследования группы, экспериментальная часть которого базируется в Амхерстском колледже. «Нам повезло, что у нас есть чрезвычайно талантливые и преданные своему делу студенты, которые могут проводить такие сложные эксперименты», — сказал профессор Холл, отметив, в частности, Артура Сяо, ведущего автора исследования.
|
|
|
|
Источник
|
