Fizičari iz Finske i Sjedinjenih Država stvorili su i fotografirali neobičan kvantni objekt, svojevrsni magnetski vrtlog, koji je po izgledu i svojstvima sličan običnoj kuglanoj munji, navodi se u članku objavljenom u časopisu Science Advances.
„Iznenađujuće je da smo uspjeli stvoriti sintetički elektromagnetski čvor, kvantnu kuglastu munje koristeći samo dva nasuprot usmjerena toka električne struje. Sve ovo upućuje na to da se prirodne kuglačke munje mogu pojaviti i kao posljedica konvencionalnih udara munje”, kaže Mikko Möttönen sa Sveučilišta Aalto u Helsinkiju (Finska).
Kuglasta munja su kuglice sa žarnom plazmom napunjenom električnom energijom. Oni se periodično pojavljuju u atmosferi za vrijeme grmljavinske oluje i žive puno duže od obične munje. Kako točno nastaju i koji procesi kontroliraju njihovo kretanje, znanstvenici još ne znaju i svađaju se o njihovoj prirodi gotovo stoljeće i pol.
Möttenen i njegovi kolege sugeriraju da kuglana munja nije samo električne, već i kvantne prirode, stvarajući potpuni analog ovog "misterija prirode", eksperimentirajući s takozvanim skyrmionima, posebnim objektima kvantnog svijeta.
Skyrmions su posebne hipotetičke čestice materije neobičnih magnetskih svojstava zbog kojih izgledaju kao svojevrsni "jež" ili mikroskopski vrtlog. Vrhovi igala takvog "ježa" ili ruba uragana su pozitivno nabijeni, a tijelo "životinje" ili epicentar uragana negativno se nabije.
Takvi kvantni "ježevi", prema fizičarima, imaju izuzetno visoku stabilnost, što im omogućuje da budu korištene kao izdržljive i ekonomične memorijske ćelije za spin i kvantna računala budućnosti, kao i konvencionalna računala našeg vremena.
Znanstvenici još nisu otkrili ili stvorili "prave" skyrmions, a njihovi najbliži analozi su posebne dvodimenzionalne strukture unutar tankih filmova izrađenih od magnetskih materijala ili posebnih tvari, poput silicija mangana. Takvi vrtlozi nastaju u njima sami pod posebnim uvjetima, na primjer, na temperaturama blizu apsolutne nule.
Dijagram trodimenzionalnog skyrmiona, kvantnog kvazi člana / Lee i sur. / Znanstveni pomaci 2018.
Promotivni video:
Finski i američki fizičari stvorili su novu verziju tih čestica, koja ima trodimenzionalnu, a ne dvodimenzionalnu prirodu, koristeći drugu kvantnu supstancu - takozvani Bose-Einstein kondenzat.
To je neobičan oblik materije u svojim svojstvima, sličan plinu i tekućini, koji se ponaša poput jednog divovskog atoma i ima tipična "atomska" svojstva. Znanstvenici ih obično dobivaju hlađenjem oblaka rubidija i drugih atoma alkalnih metala na temperaturama blizu apsolutne nule.
Kao što su ustanovili Möttenen i njegovi kolege, ovaj umjetni atom može se pretvoriti u trodimenzionalni analog skyrmiona postavljanjem unutar jakog magnetskog polja i promjenom položaja spina svakog stvarnog atoma unutar njega na poseban način. Kad se ovo polje "isključi", unutar Bose-Einsteinovog kondenzata pojavljuje se posebna kvantna struktura koja ima istu konfiguraciju elektromagnetskih polja upletena u čvor kao i kuglana munja.
Njegovo glavno neobično svojstvo, kao što fizičar primjećuje, jest da u takvom obliku postoji neobično dugo vremena za kvantni objekt, nekoliko stotina mikrosekundi. To, prema Möttenenu, sugerira da trodimenzionalni skyrmioni mogu biti "jezgra" kugličnih munje, koje također žive neobično dugo u usporedbi s uobičajenim ispuštanjem munje.