Fysikere fra Finland og De Forenede Stater har skabt og fotograferet et usædvanligt kvanteobjekt, en slags magnetisk virvel, der ligner udseende og egenskaber som en almindelig kold lyn, ifølge en artikel offentliggjort i tidsskriftet Science Advances.
”Det er yderst overraskende, at vi var i stand til at skabe en syntetisk elektromagnetisk knude, kvantkuglelys, ved kun at bruge to modsatrettede strømme af elektrisk strøm. Alt dette antyder, at naturlig kold lyn af denne type også kan forekomme som et resultat af konventionelle lynnedslag,”siger Mikko Möttönen fra Aalto Universitet i Helsinki (Finland).
Boldnedslag er kugler af glødeplasma ladet med elektricitet. De vises periodisk i atmosfæren under tordenvejr og lever meget længere end almindeligt lyn. Hvor præcist de opstår, og hvilke processer der styrer deres bevægelse, ved forskerne endnu ikke og har kranglet om deres natur i næsten halvandet århundrede.
Möttenen og hans kolleger antyder, at kold lyn ikke kun er elektrisk, men også af kvante karakter, hvilket skaber en komplet analog af dette "natur mysterium", der eksperimenterer med de såkaldte skyrmioner, specielle objekter i kvanteverdenen.
Skyrmions er specielle hypotetiske partikler med stof med usædvanlige magnetiske egenskaber, der får dem til at ligne en slags "pindsvin" eller mikroskopisk virvel. Tipene med nåle af en sådan "pindsvin" eller kanten af en orkan er positivt ladet, og kroppen af et "dyr" eller episoden af en orkan er negativt ladet.
Sådanne kvante "pindsvin" har ifølge fysikere ekstrem høj stabilitet, som gør det muligt for dem at blive brugt som holdbare og økonomiske hukommelsesceller til fremtidens spin- og kvantecomputere såvel som konventionelle computere i vores tid.
Forskere har endnu ikke opdaget eller skabt "ægte" skyrmioner, og deres nærmeste analoger er specielle todimensionelle strukturer inde i tynde film lavet af magnetiske materialer eller specielle stoffer, såsom mangansilicid. Sådanne hvirvler opstår i dem af sig selv under specielle forhold, for eksempel ved temperaturer tæt på absolut nul.
Diagram over en tredimensionel skyrmion, kvantequasipartikel / Lee et al. / Science Advances 2018.
Salgsfremmende video:
Finske og amerikanske fysikere har oprettet en ny version af disse partikler, der har en tredimensionel snarere end todimensionel karakter ved hjælp af et andet kvante stof - det såkaldte Bose-Einstein kondensat.
Det er et usædvanligt i dets egenskaber form for stof, svarende til gas og væske, der opfører sig som et kæmpeatom og har typiske "atomare" egenskaber. Forskere får det typisk ved at afkøle en sky af rubidium og andre alkalimetalatomer til temperaturer tæt på absolut nul.
Som Möttenen og hans kolleger har fundet, kan dette kunstige atom omdannes til en tredimensionel analog af en skyrmion ved at placere det inde i et stærkt magnetfelt og ændre positionen for omdrejningen af hvert rigtigt atom inde i det på en speciel måde. Når dette felt er "slået fra", vises en speciel kvantestruktur inde i Bose-Einstein-kondensatet, som har den samme konfiguration af elektromagnetiske felter flettet ind i en knude som kold lyn.
Dens vigtigste usædvanlige egenskab, som fysikeren bemærker, er, at den eksisterer i en sådan form i en usædvanlig lang tid for et kvanteobjekt, flere hundrede mikrosekunder. Dette antyder ifølge Möttenen, at tredimensionelle skyrmioner kan være "kernen" i kold lyn, som også lever usædvanligt længe sammenlignet med almindelige lynudladninger.