Физики создали и запечатлели квантовую «шаровую молнию»

Новая квантовая частица со свойствами шаровой молнии.

Физики из Финляндии и США создали и сфотографировали необычный квантовый объект, своеобразный магнитный вихрь, который похож по своему облику и свойствам на обычную шаровую молнию.

Физики создали и сфотографировали квантовую квазичастицу, трехмерного скирмиона. Фото №1

Описание возникновения трехмерного скирмиона и его синтетических электромагнитных полей | Фото: sciencemag.org

Шаровые молнии представляют собой шары из раскаленной плазмы, заряженные электричеством. Они периодически появляются в атмосфере во время гроз и живут при этом гораздо дольше, чем обычные молнии.

Как именно они возникают и какие процессы управляют их движением, ученые пока не знают и спорят об их природе уже почти полтора столетия.

Микко Меттенен и его коллеги из университета Аалто в Хельсинки (Финляндия), предполагают, что шаровые молнии носят не только электрическую, но и квантовую природу, создав полный аналог этой «загадки природы», экспериментируя с так называемыми скирмионами, особыми объектами квантового мира.

«Крайне удивительно, что нам удалось создать синтетический электромагнитный узел, квантовую шаровую молнию, используя всего два противоположно направленных потока электрического тока.

Все это говорит о том, что и природные шаровые молнии такого типа могут возникать в результате обычных ударов грозовых разрядов», — рассказывает Микко в статье, опубликованной в журнале Science Daily.

Скирмионы представляют собой особые гипотетические частицы материи, обладающие необычными магнитными свойствами, которые делают их похожими на своеобразного «ежа» или на микроскопический вихрь.

Кончики игл у такого «ежа» или края урагана заряжены положительно, а тело «животного», или эпицентр урагана – отрицательно.

Такие квантовые «ежи», как считают физики, обладают чрезвычайно высокой стабильностью, что позволяет использовать их в качестве долговечных и экономичных ячеек памяти для спиновых и квантовых компьютеров будущего, а также обычных компьютеров современности.

Физики создали и сфотографировали квантовую квазичастицу, трехмерного скирмиона. Фото №2

Сравнение результатов эксперимента с теорией | Фото: sciencemag.org

«Настоящих» скирмионов ученые пока не открыли и не создали, и их ближайшими аналогами являются особые двумерные структуры внутри тонких пленок из магнитных материалов или особых веществ, вроде силицида марганца.

Подобные вихри возникают в них сами по себе при особых условиях, к примеру, при температурах, близких к абсолютному нулю.

Финские и американские физики создали новую версию этих частиц, имеющую трехмерную, а не двумерную природу, используя другую  квантовую субстанцию – так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна.

Он представляет собой необычную по своим свойствам форму материи, похожую на газ и жидкость, которая ведет себя как один гигантский атом и обладает типичными «атомными» свойствами.

Как правило, ученые получают его, охлаждая облако из атомов рубидия и других щелочных металлов до температур, близких к абсолютному нулю.

Как выяснили Меттенен и его коллеги, этот искусственный атом можно превратить в трехмерный аналог скирмиона, если поместить его внутрь сильного магнитного поля и особым образом поменять положение спина каждого настоящего атома внутри него.

Когда это поле «отключается», внутри конденсата Бозе-Эйнштейна возникает особая квантовая структура, обладающая той же конфигурацией электромагнитных полей, заплетенных в узел, что и шаровая молния.

Ее главным необычным свойством, как отмечает физик, является то, что она существует в подобном виде необычно долго для квантового объекта, несколько сотен микросекунд.

Это, по мнению Меттенена, говорит о том, что трехмерные скирмионы могут быть «ядром» шаровых молний, которые также живут необычно долго по сравнению с обычными грозовыми разрядами.

Подписывайтесь на Квибл в Viber и Telegram, чтобы быть в курсе самых интересных событий.