Исследователям из Амгерстского колледжа и Университета Аалто впервые удалось создать и наблюдать трехмерный скирмион – теоретическую квантовую частицу, которую описали более 40 лет назад. Результаты исследования опубликованы в Science Advances.
Шаровая молния в квантовых масштабах
Физики продолжают экспериментировать с уникальным состоянием материи – квантовым газом. Недавно им удалось объединить магнитные моменты (спины) атомов квантового конденсата в отдельные узлы.
Полученные результаты сильно удивили ученых, поскольку узлы имели много признаков шаровой молнии, призрачного природного явления, которое, по мнению ученых, может быть связано со спутанными потоками электрических токов в трехмерном пространстве.
"Это удивительно, что мы смогли создать искусственные электромагнитные узлы, которые, по сути, представляют собой шаровую молнию с двумя противоположными электрическими токами", – рассказал доктор Микко Меттенен, ведущий автор теоретической части исследования из Университета Аалто. – " Возможно, что с нормального разряда молнии может возникнуть естественная шаровая молния".
Плазменные шары и новые технологии
По словам ученых, стабильность таких квантовых узлов может объяснить, почему шаровая молния – сгусток ионизированной материи, в отличие от обычной молнии, способна существовать довольно длительный промежуток времени.
Если увиденное в лаборатории действительно имеет много общего с естественным явлением шаровой молнии, это может вдохновить других физиков отыскать решения для контроля плазмы в термоядерных реакторах. Динамика квантового газа соответствовала тому, как заряженные частицы реагировали на электромагнитные поля шаровой молнии.
Сам Меттенен утверждает, что однажды он также наблюдал шаровую молнию в доме своих родных. Хотя история помнит немало свидетельств о появлении шаровой молнии, исследователи имеют очень ограниченные данные, которые можно было бы изучить.
Узловая структура скирмиона состоит из связанных петель, в каждой из которых группа спинов направлена в одном фиксированном направлении. Через физические свойства такие узлы можно ослабить или переместить на другое место, однако их нельзя решить.
"Что делает это более похожим на скирмион, чем на квантовый узел, так это то, что он не только закручивает спин, но и повторно закручивает квантовую фазу конденсата", – объясняет профессор Дэвид Холл, ведущий автор экспериментальной части исследования из Амгерстского колледжа.
Физики уверены, что им удалось создать структуру связанных спинов, которая открывает путь к искусственным узловым магнитным полям, а это полностью соответствует нашим моделям шаровой молнии.
По словам Меттенена, будущие исследования покажут, удастся ли им использовать эту методику для создания настоящей шаровой молнии. Возможно, именно это открытие научит нас, как удерживать плазму и построить надежные термоядерные реакторы.
