Квантові «торнадо» у ранньому Всесвіті пояснять виникнення галактик Наука та техніка
Вчені виявили, що надплинна рідина в мікрокраплі рухається круговим чином. Обертання відбувалося з частотою до двох мільйонів обертів на секунду і призводило до деформації краплі до форми товстого диска.
Фахівці помітили, що, з одного боку, деформація краплі нагадує таку Землю внаслідок її обертання навколо своєї осі. З іншого боку в краплі з надплинною речовиною спостерігається поява безлічі вихорів. У мікрокраплях вихори упаковані до ста тисяч разів щільніше, ніж у краплях більшого розміру.
Таким чином, поєднання обертання сплющеної краплі як цілого з рівномірно розподіленими в ній вихорами призводить до того, що диск з надплинною рідиною витримує досить великі швидкості обертання, при яких він не руйнується.
Фахівці працювали з гелієм-4 - ізотопом гелію (з двома протонами та двома нейтронами), який при температурі нижче -271 градусів Цельсія переходить у надплинний стан. Якщо таку речовину помістити у відкриту посудину, то через деякий час вона почне витікати з неї.
Свої спостереження вчені проводили із застосуванням техніки фемтосекундної рентгенівської томографії. Для цього у вакуумну камеру зі швидкістю близько 200 метрів за секунду впорскувалися краплі, які за рахунок випаровування частини гелію охолоджувалися. Пройшовши кілька міліметрів, речовина в таких краплях охолоджувалося до надплинного стану і відразу ж опромінювалося розером (рентгенівським лазером — квантовим генератором у рентгенівському діапазоні) з частотою фемтосекундної імпульсів.
Обертання речовини вчені спостерігали, аналізуючи дифракцію рентгенівського випромінювання від крапель. Щоб помітити вихори в краплях, учені до рідкого гелію додали атоми.ксенон, які розсіюють випромінювання сильніше, ніж гелій, і цим дають можливість спостерігати вихровий рух явно.
Фахівці вивчали обертання одиночних крапель надплинного рідкого гелію, що містять від ста мільйонів до ста мільярдів атомів. Розміри таких мікрокрапель становили від 0,2 до двох тисячних часток міліметра.
Робота вчених, як вважається, допоможе краще зрозуміти не тільки надплинність, а й надпровідність (при якій електричний опір падає до нуля), а також утворення конденсату Бозе-Ейнштейна – колективної освіти з бозонів (класу частинок до яких належать, наприклад, фотони – кванти світла), що знаходяться в основному стані (тобто з мінімальною енергією) і проявляють себе як одна макроскопічна частка. Іноді таке утворення називають п'ятим станом речовини після твердого, рідкого, газоподібного та плазми.
Деякі фізики припускають, що через невеликий час після початку Великого вибуху речовина Всесвіту була схожа на надплинну рідину. На їхню думку, поява флуктуацій у вигляді вихорів могла призвести до утворення ранніх галактик. Надалі вчені планують вивчити механізм кластеризації у мікрокраплях та роль вихорів у ньому.