В Сколтехе успешно решили одну из проблем квантовой гидродинамики — Naked Science
16 июня
Сколтех
1

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.
Вчера, 20:57
Илья Ведмеденко

По словам космонавта Олега Новицкого, на новом российском модуле «Наука» незапланированно включились двигатели.

Вчера, 18:47
Мария Азарова

Антитела, вырабатываемые организмом в ответ на коронавирус, активируют повышенную функцию тромбоцитов. Это может вызывать смертельные тромбы у пациентов с тяжелой формой болезни. Авторы нового исследования предложили решение проблемы.

Вчера, 21:07
Василий Парфенов

Космическая сказка-эпопея «Звездные войны» после своего появления более 40 лет назад стала не только уникальным культурным феноменом, но и любопытным пророчеством в области астрономии. Только в начале XXI века ученые нашли несколько экзопланет, находящихся в системах двойных звезд, совсем как Татуин, где родился Энакин Скайуокер. Правда, до недавнего времени механизм возникновения таких массивных объектов оставался загадкой — ведь одно из светил должно было буквально разбрасывать вещество протопланетного диска, не давая планетезималям в нем формироваться.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[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?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: