Forskere observerer en ny kvantepartikel med egenskaber ved kuglelyn

Forskere ved Amherst College og Aalto University har skabt, for første gang en tredimensionel skyrmion i en kvantegas. Skyrmion blev teoretisk forudsagt for over 40 år siden, men først nu er det blevet observeret eksperimentelt.

I en ekstremt sparsom og kold kvantegas, fysikerne har skabt knaster lavet af de magnetiske øjeblikke, eller spinder, af de konstituerende atomer. Knuderne udviser mange af kendetegnene ved kuglelyn, som nogle forskere mener består af sammenfiltrede strømme af elektriske strømme. Vedholdenheden af ​​sådanne knuder kan være årsagen til, at kuglelyn, en kugle af plasma, lever overraskende længe i forhold til et lynnedslag. De nye resultater kan inspirere til nye måder at holde plasma intakt i en stabil kugle i fusionsreaktorer.

'Det er bemærkelsesværdigt, at vi kunne skabe den syntetiske elektromagnetiske knude, det er, kvantekugle lyn, hovedsageligt med kun to modcirkulerende elektriske strømme. Dermed, det kan være muligt, at der kan opstå en naturlig kuglebelysning ved et normalt lynnedslag, siger Dr. Mikko Möttönen, leder af den teoretiske indsats ved Aalto University.

Möttönen erindrer også om at have været vidne til et kuglelyn, der kortvarigt gloede i hans bedsteforældres hus. Observationer af kuglelyn er blevet rapporteret gennem historien, men fysiske beviser er sjældne.

Kvantegasens dynamik matcher den for en ladet partikel, der reagerer på de elektromagnetiske felter i et kuglelyn.

'Kvantgassen afkøles til en meget lav temperatur, hvor den danner et Bose-Einstein-kondensat:alle atomer i gassen ender i en tilstand af minimumsenergi. Staten opfører sig ikke længere som en almindelig gas, men som et enkelt kæmpe atom, 'forklarer professor David Hall, leder af den eksperimentelle indsats på Amherst College.

Skyrmion skabes først ved at polarisere hvert atoms spin for at pege opad langs et påført naturligt magnetisk felt. Derefter, det anvendte felt ændres pludselig på en sådan måde, at et punkt, hvor feltet forsvinder, vises i midten af ​​kondensatet. Følgelig, atomernes spins begynder at rotere i den nye retning af det anvendte felt på deres respektive steder. Da magnetfeltet peger i alle mulige retninger nær feltet nul, spinnene snor sig til en knude.

Skyrmions knyttede struktur består af sammenkoblede sløjfer, hvor hver spins peger på en bestemt fast retning. Knuden kan løsnes eller flyttes, men ikke løsnet.

'Det, der gør dette til en skyrmion frem for en kvanteknude, er, at spin ikke bare snor sig, men kvantefasen af ​​kondensatvindene gentagne gange, «siger Hall.

Hvis centrifugeringsretningen ændrer sig i rummet, kondensatets hastighed reagerer på samme måde som for en ladet partikel i et magnetfelt. Den knyttede spinstruktur giver således anledning til et knyttet kunstigt magnetfelt, der præcist matcher magnetfeltet i en model af kuglelyn.

'Mere forskning er nødvendig for at vide, om det også er muligt at skabe et rigtigt kuglelyn med en sådan metode. Yderligere undersøgelser kan føre til at finde en løsning til effektivt at holde plasma sammen og muliggøre mere stabile fusionsreaktorer, end vi har nu, 'Forklarer Möttönen.