Ученые впервые создали квантовую квазичастицу, обладающую свойствами шаровой молнии

ченым из Амхерст-Колледжа и университета Аальто удалось впервые создать скирмионы в среде квантового газа. Скирмион — это квантовая квазичастица, возможность существования которой была предсказана около 40 лет назад, но только сейчас ученые получили возможность создавать и экспериментально изучать их свойства в различных средах. В среде чрезвычайно разреженного и холодного квантового газа физики создали «узлы», состоящие из магнитных моментов вращения атомов газа. Эти узлы демонстрируют многие свойства, совпадающие со свойствами шаровой молнии, которые, как предполагают ученые, состоят из запутанных потоков электрических токов. Стабильность таких узлов, скорее всего, является причиной, по которой шаровая молния может существовать в течение достаточно длительного времени по сравнению с разрядом обычной молнии. И полученные учеными результаты могут стать основой новых технологий сохранения стабильности плазмы в реакторах термоядерного синтеза следующих поколений.

(A) Смоделированные (верхние) и экспериментальные (нижние)
плотности столбцов частиц в разных спиновых состояниях
© Wonjae Lee at al.

«Нам удалось создать «синтетический магнитный узел», то есть, квантовый аналог шаровой молнии. При этом, мы использовали только два противонаправленных потока» — рассказывает Микко Меттенен (Mikko Mottone), ведущий исследователь, — «Мы допускаем, что подобный процесс может возникать и естественным путем в момент разряда обычной молнии».

Исследователи создали скирмионы в среде конденсата Бозе-Эйнштейна, поляризуя вращение каждого атома относительно направления естественного магнитного поля. Затем, за счет использования внешнего магнитного поля весьма хитрой конфигурации, внутри облака конденсата была создана точечная область с нулевой напряженностью магнитного поля. Атомы, находящиеся в этой области изменили направление своего вращения, выровнявшись в сторону ближайшей к ним области с ненулевым значением магнитного поля и образовали узел сложной конфигурации.

Структура полученных скирмионов состоит из запутанных петель, вращение каждой из которых имеет фиксированное значение. Из-за этого, такой квантовый узел может быть «ослаблен» или перемещен в пространстве, но «развязать», не нарушая его целостности, практически невозможно. В дальнейшем такое образование ведет себя в среде конденсата, подобно заряженной частице в среде магнитного поля. А сама квазичастица получает свое собственное магнитное поле, конфигурация которого полностью соответствует конфигурации магнитного поля шаровой молнии.

«Требуется проведение дополнительных исследований для выяснения того, можно ли создать реальную шаровую молнию при помощи подобного метода» — объясняет Микко Меттенен, — «И все это может привести к появлению нового способа удержания плазмы в стабильном состоянии, который ляжет в основу принципа работы реактора термоядерного синтеза следующего поколения».

Статья опубликована в журнале Science Advances
Источник: dailytechinfo.org