Открыт феномен, который в будущем поможет реализовать гигантский квантовый вихрь
Одной из главных задач ученых-физиков на сегодняшний день является реализация квантового вихря, который, забегая вперед, можно наблюдать в условиях сверхтекучести. Этот вихрь представляет собой определенный топологический дефект, который обладает массой новых свойств по сравнению с обычным состоянием ряда веществ. При переходе последних в квантовое состояние можно наблюдать необычные свойства, например сверхтекучесть и нулевую вязкость. Многие вещества преобразовываются в конденсат Бозе-Эйнштейна, среди них — разреженные атомарные газы. Частицы в конденсате обладают скоррелированным поведением, которое можно описать одной волновой функцией.
В состоянии сверхтекучести можно наблюдать образование квантовых вихрей, которые существуют при определенных условиях, а именно при определенном значении момента импульса. Теоретически, эти вращательные течения могут быть ускорены, что, ожидаемо, повлечет за собой их слияние в одно целое — единый гигантский вихрь. Однако продемонстрировать это явление с помощью существующего лабораторного оборудования пока еще невозможно, поскольку нет такой конфигурации потока, которая смогла бы поддерживаться за счет собственного вращения.
Именно поэтому ученые-физики занялись поиском такой конфигурации. За основу в новом эксперименте было взято сверхтекучее вещество, обладающее относительно устойчивым вращением. Усиливая скорость вращения до критического значения, что составляет 18,4 числа Маха, ученые наблюдали образование пустот в середине системы. При такой скорости, превышающей скорость звука в 18,4 раза, ученые получили поистине небывалый удельный момент импульса — он составлял 350h. Затем физики провели эксперимент на бозе-конденсате из охлажденных атомов рубидия. Разгоняя поток до предела возможного, наблюдалось истончение облака, которое изначально принимало форму кольца. К сожалению, эксперимент доказал тот факт, что для удержания квантового вихря необходимо подобрать такой режим, который позволял бы сохранять вращение благодаря центробежной силе. И ученым это удалось путем оказания на поток дополнительного возмущения. Возбуждение кольца вызвало изменение его формы с кольца до эллипса.
Весь этот эксперимент показал несовершенство существующих моделей, поскольку частоты колебаний изучаемого явления вступили в противоречие с ними. Этот феномен уникален, поскольку благодаря удачному сосуществованию явлений сверхтекучести и конденсата Бозе-Эйнштейна в будущем все-таки можно добиться создания гигантского квантового вихря, в котором заряженные частицы будут обладать квантовым поведением.
