Физики воспроизвели одномерные и двумерные макроскопические спиновые решетки из прыгающих на поверхности силиконового масла капель и выяснили, что геометрия решетки влияет на то, будет ли порядок спинов антиферромагнитным или ферромагнитным, а ее вращение как целого индуцирует ненулевую эффективную намагниченность, нарушая зеркальную симметрию системы.

Статья опубликована в Nature.

Несмотря на большой успех квантовой механики как физической теории, среди ученых до сих пор нет консенсуса в понимании таких фундаментальных явлений, как коллапс волновой функции, корпускулярно-волновой дуализм, одночастичная дифракция и интерференция частиц и так далее.

Одной из теорий, которая может объяснить не поддающиеся логике процессы квантового мира, является теория де Бройля — Бома, в которой волновая функция однозначно определяет траекторию частицы с помощью управляющего уравнения. В свете этой теории особый интерес вызывает исследование гидродинамических аналогов квантовых систем, в которых на макромасштабе можно наблюдать, как частица направляется волной-пилотом, которую она сама и создает.

Под гидродинамическими квантовыми аналогами понимают системы из движущихся по поверхности жидкости капель. Дело в том, что капля может прыгать над вибрирующей ванной с жидкостью нескончаемо долго, не касаясь поверхности из-за постоянно возобновляющейся прослойки воздуха. Когда амплитуда вибрации достаточно велика (но все еще ниже порога неустойчивости Фарадея), при отскоке капля порождает на поверхности жидкости волну, живущую достаточно долго, чтобы при следующем контакте капли с поверхностью отклонить ее от вертикального движения. В результате капля превращается в «ходока» и может перемещаться по поверхности жидкости с постоянной скоростью.

Таким образом капля и волна образуют единую систему, в которой не только волна определяет движение частицы, но и движение частицы определяет форму волны. Более того, эта форма также зависит от ранее сгенерированных волн, что наделяет ее памятью об уже пройденном каплей пути.

Корпускулярно-волновые свойства ходоков вдохновили ученых на попытки воспроизвести квантовые явления в макроскопическом масштабе.