To arcydzieło. Okazuje się, że może pomóc z nauką fizyki kwantowej

Fizycy z Uniwersytetu Metropolitalnego w Osace i Koreańskiego Instytutu Zaawansowanej Nauki i Technologii po raz pierwszy zaobserwowali niestabilność Kelvina-Helmholtza w płynie kwantowym. Powstałe wiry opisano jako wyglądające "dokładnie jak" sierp księżyca z obrazu Van Gogha "Gwiaździsta noc".

Odkrycie naukowców rozpoczęło się od rozważań nad zjawiskiem o nazwie niestabilność Kelvina-Helmholtza. Jak wyjaśnia biography.com, w dynamice płynów zjawisko to występuje, gdy w jednorodnym płynie lub na granicy dwóch płynów występuje ścinanie. Po raz pierwszy zaobserwował zjawisko to Hermann von Helmholtz w 1868 roku.

Wydarzyło się to zaledwie 21 lat przed namalowaniem przez van Gogha "Gwiaździstej nocy". Niemiecki fizyk wówczas zauważył, że "każda idealnie geometrycznie ostra krawędź, po której płynie płyn, musi go rozerwać i utworzyć powierzchnię rozdzielenia". Do typowych przykładów należą fale wirujące na wodzie lub chmury na niebie.

Naukowcy postanowili sprawdzić, czy podobne niestabilności mogą wystąpić w tzw. płynach kwantowych. W tym celu schłodzili gazy litu do temperatury bliskiej zeru absolutnemu, uzyskując kondensat Bosego-Einsteina - rodzaj nadcieczy z dwoma strumieniami płynącymi z różnymi prędkościami.

W trakcie eksperymentu zaobserwowano powstawanie falistych wzorów na granicy dwóch strumieni płynu kwantowego. Z czasem pojawiły się tam wiry, które - jak wyjaśniają badacze - są rządzone przez prawa mechaniki kwantowej i topologii. Te wiry, zwane skyrmionami, przybrały nietypowy, półksiężycowaty kształt.

Jak to ujął Hiromitsu Takeuchi, jeden z autorów badania, chociaż skyrmiony są "zazwyczaj symetryczne i wyśrodkowane", te konkretne przykłady miały "kształt przypominający półksiężyc" i "punkty, w których typowa struktura spinu załamuje się, tworząc ostre zniekształcenia". Nowo odkryty defekt topologiczny nazwano "ekscentrycznymi ułamkowymi skyrmionami".

Jeśli ktoś zastanawiałby się jak wygląda to zjawisko w prawdziwym świecie, naukowcy znaleźli odpowiedź w jednym z najsłynniejszych post-impresjonistycznych dzieł - "Gwieździstej nocy" pędzla Vincenta Van Gogha.

Konkretniej, Hiromitsu Takeuchi zauważył, że kształt tych kwantowych struktur przypomina mu duży księżyc z obrazu "Gwiaździsta noc". - Dla mnie duży półksiężyc w prawym górnym rogu "Gwiaździstej nocy" wygląda dokładnie jak "ekscentryczne ułamkowe skyrmiona" - stwierdził badacz.