Физики создали ленту Мебиуса на поверхности воды с помощью гравитации

Различные типы волн можно применять для достижения конкретных целей. Например, оптические пинцеты используют оптические колебания, чтобы захватывать и управлять отдельными молекулами или их группами для создания материалов или изучения свойств.

Звуковые волны контролируют более крупные частицы или объекты. С помощью ультразвуковых волн можно создавать стоячие волны, которые удерживают мелкие частицы или капли жидкости в воздухе без физического контакта. Это используется в химии и биологии для изучения реакций в бесконтактных условиях, а также в производстве для точного нанесения материалов.

Волны на физических объектах, например на воде, также имеют применение. Помимо перемещения объектов, они служат модельными видимыми объектами для изучения квантовых систем. Это позволяет визуализировать и изучать сложные физические процессы в более доступной форме.

Команда физиков обнаружила способ генерации топологических структур на водной поверхности при использовании эффекта интерференции волн. Наложение волн друг на друга создает «шум», который наделяет их топологическими свойствами, пригодными для формирования волновых полей. Группа создала несколько топологических структур: волновые вихри, скирмионы и ленты Мебиуса. Исследование и методы манипуляции водяными волнами опубликованы в журнале Nature.

Ранние исследования демонстрировали, что интересные топологические эффекты возникают в природе при воздействии на воду разных типов волн. Ученые исследовали факторы, приводящие к образованию таких структур, и на основе этого создали систему для их генерации с помощью гравитационных водяных волн. Некоторые из этих волн взаимодействуют, образуя новые типы структур или узоров на поверхности.

Систему назвали «водным пинцетом», поскольку она позволяет манипулировать малыми объемами воды на микроуровне. Кроме того, теперь ученые могут перемещать мелкие объекты, плавающие на поверхности.

Исследователи считают, что их работа открывает путь к применению «водных пинцетов» в медицине — например, для доставки капсул с лекарствами в нужные участки тела с последующим их дистанционным вскрытием. Также они отметили, что аналогичные структуры можно создавать в крупных масштабах, включая океанские волны.