«Тяжёлые солитоны» оказались вихревыми кольцами

В 2013 году в Массачусетском технологическом институте был провёден эксперимент по изучению газа, состоящего из холодных атомов, который показал довольно загадочные результаты: в газе существовали долгоживущие волны, путешествовавшие сквозь него неожиданно медленно — так, как теория «не разрешала». Их назвали «тяжёлыми солитонами», но проблемы с теорией это решить не помогло.

Физики Аурель Булгак (Aurel Bulgac) и Майкл Форбс (Michael Forbes) из Вашингтонского университета (США) вместе с коллегами смоделировали процессы в подобном газе при помощи суперкомпьютера Titan и пришли к следующему выводу: странности волн были кажущимися — их просто неверно идентифицировали.

Так называемые тяжёлые солитоны — скорее всего, вихревые кольца, что-то вроде квантового эквивалента обычных колец дыма, пускаемых иными курильщиками.

Стандартное вихревое кольцо (тороидальный пузырь) в эксперименте (иллюстрация University of Washington).

Это структуры, чем-то напоминающие обычный пончик, где потоки жидкости или газа связаны между собой и вращаются в виде замкнутого кольца. Физика таких колец та же, что и у торнадо, вулканических извержений и грибовидного облака атомного взрыва. Явление это довольно частое, его можно создать и искусственно, до некоторой степени контролируя его размеры и положение в пространстве. К примеру, вот как это делает дельфин:

«Используя самые современные методы моделирования, мы продемонстрировали, что все аспекты результатов, полученных в МТИ, могут быть объяснены вихревыми кольцами», — подчёркивает Майкл Форбс. Более того, говорят учёные, модели позволяют настолько детально анализировать процессы в холодных газах, что в будущем это «может революционизировать методы решения определённых физических проблем».

Фрагмент суперкомпьютера Titan (фото ORNL).

В частности, полагают авторы исследования, благодаря подобным симуляциям можно моделировать ядерные реакции без необходимости в натурных испытаниях. Среди прочего аналогичные методы способны прояснить и природу «глитчей» нейтронных звёзд — странных колебаний в обычно предельно строгой периодичности сигналов, исходящих из окрестностей нейтронных звёзд.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Вашингтонского университета.

Александр Березин