Zrozumienie powstawania wirów nie jest łatwe

Czym są wiry kwantowe? Wreszcie możemy to zobaczyć

Czegoś takiego jeszcze nie było. Fizycy opracowali urządzenie przypominające kamerę, które jest w stanie obrazować miniaturowe wiry kwantowe.

Wiry powstają we wszystkich mieszanych cieczach. Można je zaobserwować także w tornadach i cyklonach. Okazuje się, że istnieją także w świecie subatomowym.

Problem z wirami jest taki, że nie da się ich przewidzieć – w przeciwieństwie do cieczy kwantowych, w których wiry mają zawsze taki sam rozmiar ze względu na efekty pojawiajaće się w bardzo niskich temperaturach, m.in. w helu-3.

Czytaj też: Skąd się biorą te dziwaczne wiry na powierzchni Księżyca?

Wiry kwantowe są na tyle małe, że niemożliwe było ich obserwowanie za pomocą konwencjonalnych kamer. Aż do teraz. Fizycy z Uniwersytetu w Lancaster pod kierownictwem dr Theo Noble’a opracowali nowy typ kamery, która zamiast światła wykorzystuje zaburzenia podobne do cząstek do rejestrowania obrazów zbiorów wirów. Odkrycie opisano w czasopiśmie Physical Review B.

Kamera składa się z matrycy pikseli o wymiarach 5 na 5. Każdy z 25 pikseli jest milimetrowej wielkości cylindrycznym wgłębieniem z kwarcowym kamertonem. Fizycy testowali kamerę na wirach tworzonych przez drgający drut w postaci ultrazimnego helu.

Eksperyment działa jak świecenie latarką na kukiełkę z cieniem. Następnie mierzymy cienie rzucane przez kwantowe wiry na kamerę. Nawet przy niewielkiej liczbie pikseli odkryliśmy, że większość wirów tworzy się nad drgającym drutem, zamiast rozwijać się wokół niego.dr Theo Noble

Zaobserwowane zjawisko nie zostało przewidziane przez teorie matematyczne ani symulacje numeryczne. Dlatego naukowcy chcą teraz zbudować kamerę o rozdzielczości 90 pikseli, która umożliwi obrazowanie szczegółów rozwoju i rozpadu zbiorów wirów. Możliwość obserwacji dynamiki nadciekłego helu-3 pozwoli lepiej zrozumieć ruch turbulentny płynów kwantowych i turbulencję w ogóle.

To bardzo ekscytujące, że nasz prototyp działa. Kamera o wysokiej rozdzielczości może być również użyta do obrazowania innych defektów topologicznych występujących w nadciekłym helu-3, co pozwoli nam zajrzeć do analogu wczesnego Wszechświata.dr Viktor Tsepelin z Uniwersytetu Lancaster