Цитат на Азимов се превърна в реалност – физици създадоха квантов аналог на „Звездна нощ“ на Ван Гог

Американският писател Айзък Азимов веднъж отбеляза: „В науката има изкуство, а в изкуството има наука“. Ново изследване потвърждава тази мисъл, като открива неочаквана връзка между известната картина на Винсент Ван Гог „Звездна нощ“ и законите на квантовата физика.

Учени от Университета на Осака за първи път са наблюдавали ефект, известен като нестабилност на Келвин-Хелмхолц в квантов флуид. В класическия свят тя се проявява, когато два потока се движат с различна скорост, образувайки характерни вълни и завихряния – например, на границата на облаците или в морския прибой.

Досега това явление в квантовите среди оставаше само теоретично. В своята работа екипът на Хиромицу Такеучи не само го регистрира, но и откри неизвестни досега вихри във формата на полумесец, наречени ексцентрични фракционни скирмиони (EFS). Според изследователите те поразително приличат на светещата луна в горния десен ъгъл на „Звездна нощ“.

За да постигнат този резултат, физиците охлаждат газ от литиеви атоми почти до абсолютната нула, превръщайки го в състояние на многокомпонентен кондензат на Бозе-Айнщайн. В него атомите се държат като единна квантова вълна. Кондензатът е разделен на два потока, движещи се с различни скорости, което предизвиква появата на характерни пулсации на границата – квантов аналог на класическата нестабилност.

В квантовата система обаче вълните бързо се превърнали в сложни вихрови структури, чието образуване се определяло от строгите закони на квантовата механика. Тези вихри се оказаха асиметрични, изместени с форма на полумесец и със „сингулярности“ – точки, в които обичайната спинова структура е рязко нарушена.

Скирмионите вече се разглеждат като обещаващи елементи в спинтрониката – технология, която може да доведе до по-бързи и по-енергийно ефективни устройства за съхранение и обработка на данни. Появата на нов тип скирмион в квантова течност открива възможността за напълно различни начини за генерирането и контрола им.

Работата повдига и теоретични въпроси: EFSs не се вписват в съществуващата топологична класификация, което показва пропуски в разбирането на тези квантови структури. Учените планират да проведат по-прецизни експерименти, за да проверят дългогодишните предсказания за дължината на вълната и честотата на осцилациите в нестабилността на Келвин-Хелмхолц, както и да проверят дали подобни вихри се срещат и в други квантови системи.