в

Квантова кульова блискавка вперше створена в лабораторії

Дослідники створили квантову кульову блискавку за допомогою квазічастинки скірміон, отриманої з об’єднання в електромагнітний вузол магнітних спінів атомів, охолоджених в конденсаті Бозе-Ейнштейна.

Квазічастинка скірміон - квантова кульова блискавка
credit: Heikka Valja

Повідомлення про появу кульової блискавки періодично з’являються в інтернеті, але все ж вчені дуже мало знають про це загадкове природне явище. Тепер дослідники з Амхерстського коледжу та Університету Аалто прямо в лабораторії створили квантову кульову блискавку за допомогою квазічастинки, отриманої з об’єднання магнітних спінів атомів, яка допоможе розблокувати таємницю виникнення кульових блискавок в природі. Також з її допомогою вчені сподіваються побудувати більш стабільний термоядерний реактор.

Що таке кульова блискавка

Як відомо, кульова блискавка має форму кулі, яка яскраво світиться і плавно рухається у просторі. Основна відмінність від звичайної блискавки полягає в її сферичній формі, але кульова блискавка і веде себе по іншому. Відомо, що вона нависає над землею, переміщається, зависає на одному місці і залишається видимою більше хвилини. Зазвичай її поява супроводжує звичайні блискавки, але неодноразово зафіксовані свідчення людей, коли кульова блискавка з’являлася в ясну погоду, пропливаючи через будинки і навіть літаки.

Вакуумна камера, в якій був створений скірміон або квантова кульова блискавка
Вакуумна камера, в якій був створений скірміон або квантова кульова блискавка, credit: Russell Anderson

На жаль, існує мало задокументованих доказів цього природного явища. Кращим з них можна вважати випадок, що стався у 2012 році, коли китайські вчені змогли зняти кульову блискавку на відео, що виникла під час шторму, і згодом проаналізували її оптичний спектр. Ґрунтуючись на цьому дослідженні, вони висунули гіпотезу, згідно з якою кульова блискавка – це випари кремнію, які утворюється після удару звичайної блискавки в землю. Але китайці визнали, що таке пояснення не дуже їх влаштовує, і що це явище може мати кілька різних причин.

Конденсат Бозе-Ейнштейна та скірміон

Щоб дослідити кульову блискавку ближче, команда вчених з Амхерстського коледжу та Університету Аалто приступила до відтворення кульової блискавки в лабораторії. Дослідники почали з переохолодженого газу, відомого як конденсат Бозе-Ейнштейна, який в минулому допомагав вченим створювати екзотичні нові стани речовини, такі як суперсоліди, екситони, ридберговські полярони та рідини з негативною масою. У конденсаті Бозе-Ейнштейна атоми настільки холодні, що втрачають майже всю свою енергію і фактично діють як один гігантський атом. У цьому стані вчені застосували до переохолоджених атомів сильне магнітне поле для зміни їх спіна, щоб створити точку в центрі конденсату, де магнітне поле стало б нульовим. Оскільки атоми поблизу центру можуть мати спіни, що вказують в будь-якому напрямку, то всі ці спини об’єднуються в своєрідний електромагнітний вузол.

Ця вузлова структура утворює квазічастинку, відому як скірміон (skyrmion). На думку дослідників, це перший випадок, коли він був експериментально створений, а можливість його існування передбачили фізики-теоретики в 1962 році. Хоча скірміон може бути ослаблений або переміщений, він ніколи не може бути повністю розв’язаний, що наділяє його стабільністю, яку можна порівняти з поведінкою кульової блискавки. Мікко Меттені, один з авторів дослідження, так це коментує:

«Чудово, що ми можемо створити синтетичний електромагнітний вузол, свого роду квантову кульову блискавку з двома протилежними циркулюючими електричними струмами. Таким чином, теоретично можливо, що природна кульова блискавка утворюється від удару звичайної блискавки».

Це цікаво: Як виглядає радіація.

Дослідники виявили, що штучне магнітне поле, створене їх квазічастинкою скірміон, ідеально відповідає магнітному полю, що спостерігається в комп’ютерній моделі кульової блискавки. Якщо цю техніку вдасться масштабувати, то вчені в своїх лабораторіях зможуть створювати кульові блискавки будь-яких розмірів на свій розсуд. Подальші дослідження можуть привести до пошуку рішення для ефективного утримання плазми і створення більш стабільних термоядерних реакторів ніж ті, які існують зараз.

Дослідження було опубліковане в журналі Science Advances. Світіння квантової кульової блискавки можна побачити в відео нижче:

Джерело: Університет Аалто.

Що Ви про це думаєте?

100 Подобається
Upvote Downvote

Напишіть відгук