Обычно квантовые вихри по своей природе слишком малы, чтобы их можно было зафиксировать без трассирующих частиц обычной камерой. Исследователи из Ланкастера разработали устройство, похожее на камеру. Оно способно отображать мини-водовороты в квантовых жидкостях. Ее свойства определяются квантовыми эффектами. Примером такой жидкости является жидкий гелий при температуре, близкой к абсолютному нулю ( –273,15°C).

Вихри образуются в перемешиваемых жидкостях, когда вода стекает в сливное отверстие, их также можно увидеть в торнадо и циклонах. Они непредсказуемы, в отличие от тех, которые образуются с квантовыми жидкостями. Такие вихри всегда одинакового размера. Это явление можно наблюдать из-за квантовых эффектов, которые возникают только при очень низких температурах. Например, вихри можно наблюдать у сверхтекучего жидкого гелия-3.

Проблема в том, что квантовые вихри по своей природе слишком малы, чтобы их можно было зафиксировать без трассирующих частиц обычной камерой — до сих пор.

Физики из Ланкастерского университета под руководством доктора Тео Нобла разработали новый тип камеры, которая использует специальные частицы для получения изображений скоплений вихрей вместо света. Их работа опубликована в журнале Physical Review B.

Камера представляет собой массив пикселей пять на пять. Каждый из 25 пикселей представляет собой цилиндрическую полость миллиметрового размера с кварцевым камертоном посередине. Команда ученых протестировала камеру на вихрях, создаваемых вибрирующей проволокой в форме сверххолодного гелия.

«По сути, мы измеряем тени, отбрасываемые квантовыми вихрями на камеру» — объясняет доктор Тео Ноубл, один из авторов исследования.

Даже с небольшим количеством пикселей новая камера обнаружила, что большинство вихрей формируются над вибрирующей проволокой, а не вокруг нее. Заведующий лабораторией сверхнизких температур Ланкастерского университета доктор Виктор Цепелин заявил, что это не было предсказано ни математическими теориями, ни численным моделированием.

Теперь ученые хотят создать 90-пиксельную камеру с достаточно высоким разрешением, чтобы запечатлеть детали развития и распада тщательно подготовленных коллекций вихрей. Эта возможность наблюдать за динамикой сверхтекучего гелия-3 улучшит понимание турбулентного движения квантовых жидкостей и турбулентности в целом.