• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
16.06.2021
Сколтех
1
2 643

В Сколтехе успешно решили одну из проблем квантовой гидродинамики

4.6

Исследователи Сколтеха и их коллеги из Великобритании успешно решили известную проблему квантовой гидродинамики, создав устойчивый гигантский вихрь во взаимодействующих поляритонных конденсатах. Полученные данные открывают новые возможности для создания когерентных источников света с уникальной структурой и исследований в области теории многих тел при экстремальных условиях.

В Сколтехе успешно решили одну из проблем квантовой гидродинамики / ©Getty images

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications. В гидродинамике под «вихрем» понимают область пространства, в которой жидкость вращается вокруг точки (в 2D) или линии (в 3D); такой «вихрь» мы наблюдаем, например, когда вода уходит в сток раковины, и ощущаем его в виде турбулентности, когда находимся на борту самолета. Вихри существуют и в квантовом мире: поток квантовой жидкости может создавать зону, в которой частицы постоянно вращаются вокруг некоторой точки. Характерный признак квантового вихря – наличие фазовой дислокации в ядре вихря.

Профессора Сколтеха Наталья Берлофф и Павлос Лагудакис и их коллеги исследовали вихри, создаваемые поляритонами – необычными гибридными квантовыми частицами, которые наполовину состоят из света (фотоны), а наполовину из материи (электроны), и при определенных условиях образуют квантовую жидкость.

Ученые искали способ создания в этих поляритонных жидкостях вихрей с высокими значениями углового момента для наблюдения быстро вращающихся вихрей. Создание таких вихрей, которые еще называют гигантскими вихрями – крайне сложная задача, поскольку в других системах такой вихрь имеет тенденцию распадаться на множество более мелких с низкими угловыми моментами.

Полученный результат в виде стабильных гигантских вихрей показывает, что для неравновесных (открытых) квантовых систем, в частности, конденсатов поляритонов, не всегда свойственны жесткие ограничения, присущие их термодинамическим равновесным аналогам, таким как конденсаты Бозе-Эйнштейна холодных атомов.

Реализация контроля над завихренностью квантовой жидкости может открыть новые возможности для аналогового моделирования гравитации или динамики черных дыр на микроскопическом уровне. Кроме того, конденсат поляритонов непрерывно излучает фотоны, наследующие в себе всю информацию о свойствах вихря, что может иметь важное значение для оптических систем хранения, передачи и обработки данных.

Исследователи изучили возможность использования взаимодействующих конденсатов поляритонов в качестве возможного средства моделирования плоской векторной XY-модели. Во время работы выяснилось, что, если несколько конденсатов объединить в правильный многоугольник с нечетным числом вершин, то основное состояние всей системы будет соответствовать потоку частиц вдоль края многоугольника.

Исследователи начали рассмотрение системы с треугольника, а затем реализовали пятиугольник, семиугольник и так далее, и показали, что с увеличением числа граней поток начинает вращаться все быстрее, создавая гигантский вихрь с переменным угловым моментом. «Формирование стабильных поляритонных токов с вращением по часовой стрелке или против нее по периметру многоугольников можно считать результатом геометрической фрустрации между конденсатами.

Конденсаты взаимодействуют между собой как колебательные системы, которые стремятся к движению в противофазе друг с другом, но многоугольник с нечетным числом граней в силу своей симметрии не может удовлетворять этому требованию, поэтому поляритонам приходится «довольствоваться» вращающимся током, как близким к оптимальному состоянию», − рассказывает первый автор статьи Тамсин Куксон.

«Полученный результат наглядно показывает, что поляритоны могут быть очень удачной «песочницей» для исследования сложных природных явлений. Нам удалось продемонстрировать систему, которая имеет много общего с излучающей черной дырой или, если хотите, белой дырой!», − добавляет профессор Лагудакис. Исследование проводилось с участием ученых Саутгемптонского, Кембриджского и Кардиффского университетов.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Сегодня, 08:24
Даниил Кузнецов

К осени 2022 года редакция Naked Science осмотрелась вокруг и решила, что настала пора запустить цикл статей об искусственном интеллекте. Мы начинаем с большой статьи, подзаголовком которой могла бы стать фраза «краткое введение в историю ИИ — от средневековых монахов до глубокого обучения».

Сегодня, 10:02
Сергей Васильев

Считается, что Луна появилась из вещества, которое было выброшено в космос в результате столкновения Земли с крупным небесным телом. Новая детальная симуляция той древней катастрофы продемонстрировала, что этот процесс мог занять не больше нескольких часов.

Позавчера, 20:31
Никита Логинов

Микробиологи решили одну из давних проблем пивоварения — сделали вкус пива устойчивым к высокому давлению при варке. Для этого пришлось углубиться в ДНК пивных дрожжей и отредактировать код, связанный с насыщенностью вкуса.

1 октября
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

3 октября
Ольга Иванова

Американские исследователи узнали, что продолжительность жизни пенсионеров зависит не столько от наличия у них хронических заболеваний, сколько от таких простых факторов, как возможность ходить в магазин за продуктами, выполнять уборку в доме, показатели мелких частиц холестерина в крови и вредные привычки, которые они имели ранее.

2 октября
Редакция

Итальянский ботаник Стефано Манкузо — о преимуществах естественных отношений и о том, что бывает, когда люди нарушают хрупкое равновесие между биологическими видами. Naked Science печатает отрывок из книги Манкузо La nazione delle piante («Нация растений»).

16 сентября
Алиса Гаджиева

Геродот в своей «Истории» утверждал, что блоки для пирамиды Хеопса и соседних пирамид доставляли по воде. Но сегодня от Нила до пирамид слишком далеко. Исследование кернов, взятых в пойме реки, позволило понять, как именно решался сложнейший вопрос транспортировки такого строительного материала.

15 сентября
Никита Логинов

Светодиоды потребляют намного меньше энергии, чем традиционные газоразрядные лампы, что должно сократить парниковые выбросы. Но при этом светодиодное освещение угрожает здоровью жителей и разрушает местные экосистемы в городах и селах.

1 октября
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

-
0
+
Товарищи, ну кто же так новости пишет. Ничего же непонятно. Написали бы хоть, что это эксперимент, что там лазерами светили. А куда светили, что за материал-то, какой это кристалл, какая температура у него? И "гигантский" - это какой размер? Или специально так написали, чтоб никто ничего не понял и обязательно начал читать оригинальную статью?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: