Fysiker från Finland och USA har skapat och fotograferat ett ovanligt kvantobjekt, en slags magnetisk virvel, som liknar utseende och egenskaper som en vanlig bollnedslagning, enligt en artikel publicerad i tidskriften Science Advances.
”Det är oerhört överraskande att vi kunde skapa en syntetisk elektromagnetisk nod, kvantkulblixten, med bara två motsatt riktade flöden av elektrisk ström. Allt detta tyder på att naturlig kulnedgång av denna typ också kan uppstå till följd av konventionella blixtnedslag, säger Mikko Möttönen från Aalto-universitetet i Helsingfors (Finland).
Kulblixten är kulor med glödande plasma laddad med elektricitet. De förekommer regelbundet i atmosfären under åskväder och lever mycket längre än vanlig blixt. Hur exakt de uppstår och vilka processer som styr deras rörelse vet forskare ännu inte och har krånglat om deras natur i nästan ett hundra århundrade.
Möttenen och hans kollegor föreslår att kulblixten inte bara är elektrisk utan också av en kvantisk karaktär, vilket skapar en fullständig analog till detta "naturens mysterium" och experimenterar med de så kallade skyrmionerna, speciella föremål i kvantvärlden.
Skyrmions är speciella hypotetiska materialpartiklar med ovanliga magnetiska egenskaper som får dem att se ut som en slags "igelkott" eller mikroskopisk virvel. Spetsarna på nålarna på en sådan "igelkott" eller kanten av en orkan är positivt laddade, och kroppen av ett "djur" eller episoden av en orkan är negativt laddad.
Sådana kvantiga "igelkottar" har enligt fysiker extremt hög stabilitet, vilket gör att de kan användas som hållbara och ekonomiska minneceller för framtidens spinn- och kvantdatorer såväl som konventionella datorer i vår tid.
Forskare har ännu inte upptäckt eller skapat "riktiga" skyrmioner, och deras närmaste analoger är speciella tvådimensionella strukturer i tunna filmer gjorda av magnetiska material eller speciella ämnen, såsom mangansilicid. Sådana virvlar uppstår i dem av sig själva under speciella förhållanden, till exempel vid temperaturer nära absolut noll.
Diagram över en tredimensionell skyrmion, kvantkvasipartikel / Lee et al. / Science Advances 2018.
Kampanjvideo:
Finska och amerikanska fysiker har skapat en ny version av dessa partiklar, som har en tredimensionell snarare än tvådimensionell karaktär, med ett annat kvantämne - det så kallade Bose-Einstein-kondensatet.
Det är en ovanlig form av materia i dess egenskaper, liknande gas och vätska, som uppträder som en jätteatom och har typiska "atomiska" egenskaper. Normalt får forskare det genom att kyla ett moln av rubidium och andra alkalimetallatomer till temperaturer nära absolut noll.
Som Möttenen och hans kollegor har funnit kan denna konstgjorda atom förvandlas till en tredimensionell analog av en skyrmion genom att placera den inuti ett starkt magnetfält och ändra positionen för rotationen för varje verklig atom inuti den på ett speciellt sätt. När detta fält "stängs av" visas en speciell kvantstruktur inuti Bose-Einstein-kondensatet, som har samma konfiguration av elektromagnetiska fält flätade i en knut som kulblixten.
Dess huvudsakliga ovanliga egenskap, som fysiker konstaterar, är att den finns i en sådan form under ovanligt lång tid för ett kvantobjekt, flera hundra mikrosekunder. Enligt Möttenen antyder detta att tredimensionella skyrmioner kan vara "kärnan" i kulblixten, som också lever ovanligt länge jämfört med vanliga blixtnedslag.
