Физики завязали солитоны в квантовые узлы

Физики завязали солитоны в квантовые узлы

Физики из университета Аалто, Финляндия, и Амхертского колледжа, США, создали узловые солитонные волны в квантовом поле сверхтекучего газа, называемого конденсатом Бозе-Эйнштейна. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Physics.

Конденсат Бозе-Эйнштейна — это агрегатное состояния вещества, наряду с известными твердым, жидким и газообразным состояниями. Чтобы получить конденсат, нужно охладить материю, состоящую из бозонов, до сверхнизких температур. Из школьного курса физики известно, что два и более электрона (которые относятся к фермионам) не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Бозоны — частицы с противоположным свойством. Может существовать сколько угодно бозонов, обладающих одинаковым квантовым состоянием.

При охлаждении бозонов до абсолютного нуля их энергия достигает минимума, в результате чего все бозоны переходят в основное энергетическое состояние. В квантовой механике действует принцип неопределенности, вызывающий флуктуации частицы с нулевой энергией. Из-за таких эффектов, например, гелий-4 (атомы гелия являются бозонами) при нормальном давлении всегда находится в жидком состоянии и при абсолютном нуле представляет собой квантовую жидкость, которая может течь без трения и обладает нулевой вязкостью. Кроме того, в ней возникают топологические образования, вроде квантовых вихрей. Это один из примеров проявления квантовых эффектов на макроскопическом уровне.

Ранее ученые смогли наблюдать в конденсате Бозе-Эйнштейна формирование экзотических структур, таких как скирмионы — кольцевые и вихреобразные магнитные образования, а также солитоны — устойчивые уединенные волны. На основании решения уравнения Максвелла физики предполагали возможность существования в квантовом поле конденсата узлового солитона, который представляет собой бесчисленное множество колец, каждое из которых соединено с другим, образуя тороидальную структуру.

Ни один из узлов этой структуры нельзя развязать без разрушения всей формы. Это примерно так же, как нельзя непрерывно деформировать тор в безупречный шар — сквозная дырка останется, несмотря на все ухищрения. Ядро солитона представляет собой плотное кольцо бозонов, окруженное тороидальной трубкой. Вцелом вся структура может рассматриваться как способ отображения сферы с трехмерной поверхностью с помощью окружностей и обычной сферы — расслоение Хопфа.

Для создания конденсата ученые в качестве бозонов использовали атомы рубидия-87. С помощью неоднородного электромагнитного поля, приложенного к конденсату особым образом, исследователи воздействовали на магнитный момент бозонов в каждой точке поля, задав им определенное направление. Нулевая точка магнитного поля сперва находилась в 35 микрометрах от центра конденсата, а ее сдвиг к центру привел к тому, что бозоны в тысячные доли секунды образовали области с узловым солитонами внутри, которые соответствовали решению уравнений Максвелла. Физики получили изображения полученных структур, а затем визуально сравнили их с теоретическими результатами компьютерного моделирования эксперимента, доказав, что образовавшиеся формы были именно узловыми солитонами и ничем другим.

Экспериментальное создание узловых солитонов в квантовых полях дает физикам возможность дальнейшего изучения динамики, стабильности и взаимодействия этих структур, что, в свою очередь, позволит ученым больше узнать о поведении квантовых систем и их природе.

Александр Еникеев


N+1

Похожие новости:
Ученые доказали возможность путешествия во времени
Многие из нас зачитывались в детстве Гербертом Уэллсом, а именно его самым известным произведением "Машина времени". Сейчас, когда мы повзрослели, путешествие во времени уже кажется нереальным и невозможным, но так ли это? Если верить физике, то путешествие во времени не опровергаются теорией относительности Энштейна. Следуя из теории, время ..
2011-10-15 5306 6 Научные открытия
1
Ученые доказали, что радиация даже в малых дозах – вредна
В последнее время нас все больше убеждают в том, что радиационный фон существующий на нашей планете – безвреден, но так это? За последние годы радиационный фон сильно вырос и продолжает расти, пик роста составил в середине 20го века, когда велось активное испытание радиационного оружия. ..
2011-10-15 2174 0 Научные открытия
0
Ученые опровергли миф о "пивном животе"
Ученый из Японии Хироцугу Уесима доказал, что потребление пива никак не влияет на появление у мужчин среднего возраста так называемого "пивного живота".Результаты работы были представлены на научной конференции по наркотической и алкогольной зависимости в Нагое.В течение четырех лет (с 2005 по 2008 год) ..
2011-10-15 1958 0 Научные открытия
-1
С помощью компьютерной мыши научились управлять живой
Этот эксперимент может помочь тем, кто болен эпилепсией или перенёс инсульт. На белой крысе по имени Эксперимент-47 моделируется ситуация: мозжечок разрушен болезнью, двигательные функции нарушены. Крысе вживляют электрод, который будет передавать импульсы мозга на микрочип. ..
2011-10-15 2194 0 Научные открытия
0
Найден ген, который отличает нас от приматов
За последние 3 миллиона лет, ген SRGAP2, который содержится исключительно в геноме человека был продублирован несколько раз. Данное наблюдение сделала ведущий ученый из Университета Вашингтонав городе Сиэттл, Меган Дэннис. Ученая вместе со своими коллегами смогла доказать, что увеличения количества ..
2011-10-16 2071 0 Научные открытия
-1
Ученые узнали, где гнездится жадность и алчность
Вещественное доказательство теории Зигмунда Фрейда о борьбе между бессознательными импульсами и моральными установками внутри личности предоставили на прошлой неделе ученые из университетов Цюриха и Базеля. Их исследование о личной выгоде индивидуума, точнее - тенденции к алчности, и ее взаимодействия с понятиями о справедливости, ..
2011-10-16 3249 0 Научные открытия
0
Бактерии на дне морей образуют энергетический суперорганизм
Ученые доказали, что бактерии, обитающие в слое отложений на дне морей и океанов, образуют "суперорганизм", благодаря чему оказываются способны передавать друг другу энергию питательных веществ на больше расстояния, и полагают, что это открытие может быть использовано для выработки электроэнергии, сообщается ..
2011-10-16 2346 0 Научные открытия
0
Найдена критическая точка в эволюции мышления
Исследователи обнаружили 100000-летнюю художественную мастерскую в Южной Африке, в которой трудились первобытные хомо сапиенс и в которой уже умели окрашивать изделия охрой- самой примитивной формой краски. До сих пор считалось, что охра, которая является по существу только красочной грязью, начала ..
2011-10-16 1800 0 Научные открытия
0
К вопросу о сверхсветовой скорости движения нейтрино
Недавно в СМИ появилась информация о наблюдениях сверхсветовой скорости движения нейтрино. Как отмечалось, в среднем скорость нейтрино превышала скорость света на 0.00248 %, что составляет 7435 м/c. По мнению некоторых, это подрывает устои теории относительности. Предлагаем следующее объяснение наблюдаемым фактам, ..
2011-10-16 3897 3 Научные открытия
0
В Израиле изобрели курицу без перьев
В скором времени нужда в ощипывании кур отпадет. Израильские ученые из Rehovot Agronomy Institute недалеко от Тель-Авива вывели породу кур-бройлеров, которые напрочь лишены перьевого покрова. Внешним видом они напоминают «человека Платона» – двуногих существ без перьев, как пошутил ..
2011-10-19 1845 0 Научные открытия
0
Новый вид гигантского моллюска обнаружен в водах Антарктиды
Испанские исследователи обнаружили редкий вид моллюска в антарктических водах, который также имеет форму блюдца, как и моллюск обычного вида известный до настоящего времени, но более внушительной величины. Данный вид появился в водах Антарктики в значительно более отдаленной области, чем моллюски ..
2011-10-19 2455 0 Научные открытия
0
Преодоление скорости света не смогли опровергнуть
Подтверждения или опровержения «открытия века» - успешного опыта по преодолению скорости света - осталось ждать не так долго. Уже на следующей неделе, 27 октября, в Европейской организации ядерных исследований (CERN) начнется 11-дневный эксперимент, цель которого - доказать или опровергнуть данные о преодолении скорости ..
2011-10-20 3012 0 Научные открытия
-1
Физики впервые подтвердили эргодическую теорию
Физики впервые смогли экспериментально подтвердить положения эргодической теории - теории, объясняющей свойства динамических систем. Исследование сразу двух коллективов ученых появилось в журнале Angewandte Chemie. Коротко о нем пишет портал Physics World. Динамическими системами называют системы, ..
2011-10-21 1927 0 Научные открытия
0
Ученые разгадали тайну развития шизофрении
Как вы определяете, что мир вокруг вас реален? Результаты новых исследований показали, что способность человека отличить то, что происходит в реальности, от того, что он себе представляет, определяет область передней части мозга, которая образуется на поздней стадии развития эмбриона. У 27 процентов людей эта область оказывается ..
2011-10-21 3717 0 Научные открытия
1
Мы живем в мире, о котором не знаем ровным счетом ничего
Астрономы экспериментально доказали, что мы живем в мире, о котором не знаем ровным счетом ничего. За такие открытия теперь дают Нобелевскую премию. Лишь в четвертый раз в истории Нобелевской премии награду по физике присудили астрономам. Американские ученые Сол Перлмуттер, Адам Райсс и австралиец ..
2011-10-22 1925 0 Научные открытия
0