Физики впервые создали камеру нового типа, чтобы увидеть квантовые вихри
Обычно квантовые вихри по своей природе слишком малы, чтобы их можно было зафиксировать без трассирующих частиц обычной камерой.
Исследователи из Ланкастера разработали устройство, похожее на камеру. Оно способно отображать мини-водовороты в квантовых жидкостях. Ее свойства определяются квантовыми эффектами. Примером такой жидкости является жидкий гелий при температуре, близкой к абсолютному нулю ( -273,15 °C).
Вихри образуются в перемешиваемых жидкостях, когда вода стекает в сливное отверстие, их также можно увидеть в торнадо и циклонах. Они непредсказуемы, в отличие от тех, которые образуются с квантовыми жидкостями. Такие вихри всегда одинакового размера. Это явление можно наблюдать из-за квантовых эффектов, которые возникают только при очень низких температурах. Например, вихри можно наблюдать у сверхтекучего жидкого гелия-3.
Проблема в том, что квантовые вихри по своей природе слишком малы, чтобы их можно было зафиксировать без трассирующих частиц обычной камерой - до сих пор.
Физики из Ланкастерского университета под руководством доктора Тео Нобла разработали новый тип камеры, которая использует специальные частицы для получения изображений скоплений вихрей вместо света. Их работа опубликована в журнале Physical Review B.
Камера представляет собой массив пикселей пять на пять. Каждый из 25 пикселей представляет собой цилиндрическую полость миллиметрового размера с кварцевым камертоном посередине. Команда ученых протестировала камеру на вихрях, создаваемых вибрирующей проволокой в форме сверххолодного гелия.
«По сути, мы измеряем тени, отбрасываемые квантовыми вихрями на камеру», - объясняет доктор Тео Ноубл, один из авторов исследования.
Даже с небольшим количеством пикселей новая камера обнаружила, что большинство вихрей формируются над вибрирующей проволокой, а не вокруг нее. Заведующий лабораторией сверхнизких температур Ланкастерского университета доктор Виктор Цепелин заявил, что это не было предсказано ни математическими теориями, ни численным моделированием.
Теперь ученые хотят создать 90-пиксельную камеру с достаточно высоким разрешением, чтобы запечатлеть детали развития и распада тщательно подготовленных коллекций вихрей. Эта возможность наблюдать за динамикой сверхтекучего гелия-3 улучшит понимание турбулентного движения квантовых жидкостей и турбулентности в целом.