в

Квантовая шаровая молния впервые создана в лаборатории

Исследователи создали квантовую шаровую молнию с помощью квазичастицы скирмион, полученной из объединения в электромагнитный узел магнитных спинов атомов, охлажденных в конденсате Бозе-Эйнштейна.

Квазичастица скирмион - квантовая шаровая молния
credit: Heikka Valja

Сообщения о появлении шаровой молнии периодически появляются в интернете, но все же ученые очень мало знают об этом загадочном природном явлении. Теперь исследователи из Амхерстского колледжа и Университета Аалто прямо в лаборатории создали квантовую шаровую молнию с помощью квазичастицы, полученной из объединения магнитных спинов атомов, которая поможет разблокировать тайну возникновения шаровых молний в природе. Также с ее помощью ученые надеются построить более стабильный термоядерный реактор.

Что такое шаровая молния

Как известно, шаровая молния имеет форму шара, который ярко светится и плавно двигается в пространстве. Основное отличие от обычной молнии заключается в ее сферической форме, но шаровая молния и ведет себя по другому. Известно, что она нависает над землей, перемещается, зависает на одном месте и остается видимой более минуты. Как правило ее появление сопровождает обычные молнии, но неоднократно зафиксированы свидетельства людей, когда шаровая молния появлялась в ясную погоду, проплывая через дома и даже самолеты.

Вакуумная камера, в которой был создан скирмион или квантовая шаровая молния
Вакуумная камера, в которой был создан скирмион или квантовая шаровая молния, credit: Russell Anderson

К сожалению, существует мало задокументированных доказательств этого природного явления. Лучшим из них можно считать случай, произошедший в 2012 году, когда китайские ученые смогли снять шаровую молнию на видео, возникшую во время шторма, и впоследствии проанализировали ее оптический спектр. Основываясь на этом исследовании, они выдвинули гипотезу, согласной которой шаровая молния — это испарения кремния, которые образуются после удара обычной молнии в землю. Но китайцы признали, что такое объяснение не особо их устраивает, и что это явление может иметь несколько разных причин.

Конденсат Бозе-Эйнштейна и скирмион

Чтобы исследовать шаровую молнию поближе, команда ученых из Амхерстского колледжа и Университета Аалто приступила к воссозданию шаровой молнии в лаборатории. Исследователи начали с переохлажденного газа, известного как конденсат Бозе-Эйнштейна, который в прошлом помогал ученым создавать экзотические новые состояния вещества, такие как суперсолиды, экситоний, ридберговские поляроны и жидкости с отрицательной массой. В конденсате Бозе-Эйнштейна атомы настолько холодны, что теряют почти всю свою энергию и фактически действуют как один гигантский атом. В этом состоянии ученые применили к переохлажденным атомам сильное магнитное поле для изменения их спина, чтобы создать точку в центре конденсата, где магнитное поле обращается в нуль. Поскольку атомы вблизи центра могут иметь спины, указывающие в любом направлении, то все эти спины объединяются в своего рода электромагнитный узел.

Эта узловая структура образует квазичастицу, известную как скирмион (skyrmion). По мнению исследователей, это первый случай, когда он был экспериментально создан, а возможность его существования предсказали физики-теоретики в 1962 году. Хотя скирмион может быть ослаблен или перемещен, он никогда не может быть полностью развязан, что наделяет его стабильностью, сравнимой с поведением шаровой молнии. Микко Меттенен, один из авторов исследования, так это комментирует:

«Замечательно, что мы можем создать синтетический электромагнитный узел, своего рода квантовую шаровую молнию с двумя противоположными циркулирующими электрическими токами. Таким образом, теоретически возможно, что естественная шаровая молния образуется от удара обычной молнии».

Это интересно: Как выглядит радиация.

Исследователи обнаружили, что искусственное магнитное поле, созданное их квазичастицей скирмион, идеально соответствует магнитному полю, наблюдаемому в компьютерной модели шаровой молнии. Если эту технику удастся масштабировать, то ученые в своих лабораториях смогут создавать шаровые молнии любых размеров по своему усмотрению. Дальнейшие исследования могут привести к поиску решения для эффективного удержания плазмы и создания более стабильных термоядерных реакторов чем те, которые существуют сейчас.

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances. Свечение квантовой шаровой молнии можно увидеть в видео ниже:

Источник: Университет Аалто.

Что Вы об этом думаете?

101 Нравится
Upvote Downvote

Добавить комментарий