Физики обнаружили в квантовой жидкости «Звездную ночь» Ван Гога

Более ста лет «Звёздная ночь» Винсента Ван Гога вдохновляет ценителей искусства своим загадочным и динамичным небом. Сегодня этот знаменитый шедевр находит отклик и в мире физики: его закрученные линии оказались удивительно созвучны узорам квантовой турбулентности. Группа учёных из Университета Осаки совместно с коллегами из Корейского института передовых технологий впервые зафиксировала в квантовой жидкости явление, предсказанное десятилетия назад, — квантовую неустойчивость Кельвина–Гельмгольца. До этого момента наблюдать её удавалось лишь в классической гидродинамике.

Эта неустойчивость возникает на границе двух потоков, движущихся с разной скоростью, и порождает вихревые структуры, внешне схожие с океанскими волнами или завихрениями облаков. В эксперименте исследователи охладили газ лития почти до абсолютного нуля, создав многокомпонентный конденсат Бозе–Эйнштейна — сверхтекучую квантовую жидкость. Внутри неё сформировались два встречных потока, и на их границе появился волнообразный рисунок, аналогичный классической турбулентности. Однако дальнейшее развитие процесса породило вихри, подчиняющиеся особым законам квантовой механики и топологии.

Эти вихри оказались новым типом топологического дефекта — эксцентричными дробными скирмионами. В отличие от обычных симметричных скирмионов, они имеют характерную серповидную форму и содержат встроенные сингулярности — точки, в которых привычная структура спинов нарушается, создавая резкие искажения. По словам доцента Хиромицу Такеучи, одного из авторов работы, их форма поразительно напоминает большой полумесяц в правом верхнем углу картины Ван Гога.

Скирмионы ранее находили в магнитных материалах, где их необычная стабильность, малые размеры и специфическая динамика открывают перспективы для спинтроники и технологий хранения данных. Открытие нового их вида в сверхтекучей среде способно дать толчок не только прикладным разработкам, но и расширить понимание свойств квантовых систем. Учёные планируют продолжить эксперименты, чтобы уточнить параметры, предсказанные ещё в XIX веке, и выяснить, могут ли подобные структуры возникать в других многокомпонентных или многомерных квантовых средах.

Читайте также: