Fyzici z Fínska a Spojených štátov vytvorili a vyfotografovali neobvyklý kvantový objekt, druh magnetického víru, ktorý sa svojím vzhľadom a vlastnosťami podobá bežnému guľovému blesku, podľa článku uverejneného v časopise Science Advances.
„Je veľmi prekvapujúce, že sme dokázali vytvoriť syntetický elektromagnetický uzol, kvantové guľové blesky, pomocou iba dvoch protichodne smerovaných tokov elektrického prúdu. To všetko naznačuje, že k prírodnému guľovému blesku tohto typu môže dôjsť aj v dôsledku konvenčných úderov blesku, “hovorí Mikko Möttönen z Aalto University v Helsinkách (Fínsko).
Guľový blesk sú gule žiarovky plazme nabité elektrinou. Pravidelne sa objavujú v atmosfére počas búrok a žijú omnoho dlhšie ako obyčajné blesky. Ako presne vznikajú a aké procesy kontrolujú ich pohyb, vedci zatiaľ nepoznajú a hádajú sa o svojej podstate takmer storočie a pol.
Möttenen a jeho kolegovia naznačujú, že guľové blesky nie sú iba elektrické, ale aj kvantové, vytvárajú kompletný analóg tohto „tajomstva prírody“a experimentujú s tzv. Skyrmionmi, špeciálnymi objektmi kvantového sveta.
Skyrmions sú špeciálne hypotetické častice hmoty s neobvyklými magnetickými vlastnosťami, vďaka ktorým vyzerajú ako druh ježka alebo mikroskopického víru. Špičky ihiel takéhoto "ježka" alebo okraj hurikánu sú nabité pozitívne a telo "zvieraťa" alebo epicentra hurikánu je nabité negatívne.
Takéto kvantové "ježkovia" majú podľa fyzikov extrémne vysokú stabilitu, čo im umožňuje ich použitie ako odolných a ekonomických pamäťových buniek pre spinové a kvantové počítače budúcnosti, ako aj pre bežné počítače našej doby.
Vedci zatiaľ neobjavili ani nevytvorili „skutočné“skyrmióny a ich najbližšie analógy sú špeciálne dvojrozmerné štruktúry vo vnútri tenkých vrstiev vyrobených z magnetických materiálov alebo špeciálnych látok, ako je napríklad mangánový silicíd. Takéto víry v nich vznikajú samy za zvláštnych podmienok, napríklad pri teplotách blízkych absolútnej nule.
Schéma trojrozmerného skyrmiónu, kvantové kvasiparticle / Lee et al. / Science Advances 2018.
Propagačné video:
Fínski a americkí fyzici vytvorili novú verziu týchto častíc, ktorá má skôr trojrozmerný než dvojrozmerný charakter, pričom používa inú kvantovú látku - tzv. Bose-Einsteinov kondenzát.
Je to neobvyklé vo svojich vlastnostiach forma hmoty, podobná plynu a tekutine, ktorá sa správa ako jeden obrovský atóm a má typické „atómové“vlastnosti. Vedci to obvykle dostanú ochladením oblaku rubídia a iných atómov alkalických kovov na teplotu blízku absolútnej nule.
Ako zistil Möttenen a jeho kolegovia, tento umelý atóm sa môže zmeniť na trojrozmerný analóg skyrmionu tým, že sa umiestni do silného magnetického poľa a zvláštnym spôsobom zmení sa poloha spinov každého skutočného atómu v ňom. Keď je toto pole „vypnuté“, objaví sa vo vnútri kondenzátu Bose-Einstein špeciálna kvantová štruktúra, ktorá má rovnakú konfiguráciu elektromagnetických polí spletených do uzla ako guľový blesk.
Jeho hlavnou neobvyklou vlastnosťou je, ako poznamenáva fyzik, to, že existuje v nezvyčajne dlhej dobe pre kvantový objekt niekoľko stoviek mikrosekúnd. To podľa Möttenena naznačuje, že trojrozmerné skyrmióny môžu byť „jadrom“guľového blesku, ktorý tiež žije neobvykle dlho v porovnaní s bežnými výbojmi blesku.