Фізики вперше створили квантову частинку з властивостями кульової блискавки

Дослідникам з Амгерстського коледжу та Університету Аалто вперше вдалося створити та спостерігати тривимірний скірміон – теоретичну квантову частинку, яку описали понад 40 років тому.

Кульова блискавка у квантових масштабах

Фізики продовжують експериментувати з унікальним станом матерії – квантовим газом. Нещодавно їм вдалось об’єднати магнітні моменти (спіни) атомів квантового конденсату в окремі вузли.

Отримані результати неабияк здивували вчених, оскільки вузли мали багато ознак кульової блискавки, примарного природного явища, яке, на думку вчених, може бути пов’язаним зі сплутаними потоками електричних струмів у тривимірному просторі.

Запис експерименту зі створення тривимірних скірміонів. Метод фільмування включає три регіони: спін – донизу, спін горизонтальний та спін – догори. Чим яскравіше світло, тим вища щільність скірміона. Джерело: Tuomas Ollikainen

“Це дивовижно, що ми змогли створити штучні електромагнітні вузли, які, по суті, являють собою кульову блискавку з всього двома протилежними електричними струмами,”

розповів доктор Мікко Мьоттонен, провідний автор теоретичної частини дослідження з Університету Аалто –

“Тож, можливо, що з нормального розряду блискавки може виникнути природна кульова блискавка.”

Плазмові кулі та нові технології

За словами вчених, стабільність таких квантових вузлів може пояснити, чому кульова блискавка – згусток іонізованої матерії, – на відміну від звичайної блискавки, здатна існувати досить тривалий проміжок часу.

Якщо побачене у лабораторії дійсно має багато спільного з природним явищем кульової блискавки, це може надихнути інших фізиків відшукати вирішення для контролю плазми у термоядерних реакторах.

Динаміка квантового газу відповідала тому, як заряджені частинки реагували б на електромагнітні поля кульової блискавки.

Сам Мьоттонен стверджує, що одного разу він також спостерігав кульову блискавку у будинку своїх дідуся та бабусі. Хоча історія пам’ятає чимало свідчень про появу кульової блискавки, дослідники мають дуже обмежені дані, які можна було б вивчити.

Вигляд вакуумної камери з електромагнітами
Вигляд вакуумної камери з електромагнітами, де фізики вперше створили тривимірний скірміон. Джерело: Russell Anderson

Вузлова структура скірміона складається з пов’язаних петель, у кожній з яких група спінів спрямовані у одному фіксованому напрямку. Через фізичні властивості такі вузли можна послабити або перемістити на інше місце, однак їх не можна розв’язати.

“Що робить це більше схожим на скірміон, аніж на квантовий вузол, так це те, що він не лише закручує спін, але й повторно закручує квантову фазу конденсату,”

– пояснює професор Девід Холл, провідний автор експериментальної частини дослідження з Амгерстського коледжу.

Фізики впевнені, що їм вдалося створити структуру зв’язаних спінів, яка відкриває шлях до штучних вузлових магнітних полів, а це повністю відповідає нашим моделям кульової блискавки.

За словами Мьоттонена, майбутні дослідження покажуть, чи вдасться їм використати цю методику для створення справжньої кульової блискавки. Можливо, саме ця стежка навчить нас, як утримувати плазму та побудувати надійніші термоядерні реактори.

Science Advances (2018), doi: 10.1126/sciadv.aao3820

Повідомити про помилку: підкресліть текст та натисніть CTRL+Enter або