Исследователи из Ланкастера разработали устройство, похожее на камеру, способное впервые в истории отображать мини-водовороты в квантовых жидкостях.

Вихри образуются в перемешиваемых жидкостях, когда вода стекает в сливное отверстие, их также можно увидеть в торнадо и циклонах.

Эти вихри непредсказуемы, в отличие от квантовых жидкостей, где вихри всегда имеют одинаковый размер из-за квантовых эффектов , которые возникают только при очень низких температурах , таких как сверхтекучий жидкий гелий-3.

Проблема в том, что квантовые вихри по самой своей природе слишком малы, чтобы их можно было зафиксировать без трассирующих частиц обычной камерой — до сих пор.

Физики из Ланкастерского университета под руководством доктора Тео Нобла разработали новый тип камеры, которая использует частицы, подобные возмущениям, для получения изображений скоплений вихрей вместо света.

Их работа опубликована в журнале Physical Review B.

Камера представляет собой массив пикселей пять на пять. Каждый из 25 пикселей представляет собой цилиндрическую полость миллиметрового размера с кварцевым камертоном посередине.

Команда протестировала камеру на вихрях, создаваемых вибрирующей проволокой в ​​форме сверххолодного гелия.

Доктор Тео Ноубл объясняет: «Эксперимент работает так же, как освещение факелом теневой марионетки. Затем мы измеряем тени, отбрасываемые квантовыми вихрями на камеру».

Даже с небольшим количеством пикселей новая камера обнаружила, что большинство вихрей формируются над вибрирующей проволокой, а не вокруг нее.

Заведующий лабораторией сверхнизких температур Ланкастерского университета доктор Виктор Цепелин заявил, что это не было предсказано ни математическими теориями, ни численным моделированием.

Теперь цель доктора Цепелина состоит в том, чтобы создать 90-пиксельную камеру с достаточно высоким разрешением, чтобы запечатлеть детали развития и распада тщательно подготовленных коллекций вихрей . Эта возможность наблюдать за динамикой сверхтекучего гелия-3 улучшит понимание турбулентного движения квантовых жидкостей и турбулентности в целом.

Доктор Виктор Цепелин сказал: «Приятно видеть, что наш прототип работает. Камера высокого разрешения может также использоваться для изображения других топологических дефектов, существующих в сверхтекучем гелии-3, что позволит нам взглянуть на аналог ранней Вселенной.»