Fizycy z Uniwersytetu Metropolitalnego w Osace oraz Koreańskiego Instytutu Nauki i Technologii (KAIST) poinformowali o pierwszym w historii zaobserwowaniu kwantowej niestabilności Kelvin-Helmholtza (KHI) w płynach kwantowych. Zjawisko to, przewidywane od dziesięcioleci, prowadzi do powstawania unikalnych wirów znanych jako ekscentryczne ułamkowe skyrmiony (EFS). Ich kształt, przypominający księżyc na obrazie "Gwieździsta noc" Vincenta van Gogha, stanowi fascynujące połączenie fizyki i sztuki.
Niestabilność Kelvin-Helmholtza, powszechnie znana w klasycznej dynamice płynów jako źródło fal i wirów na granicy płynów o różnych prędkościach, została zaobserwowana w eksperymencie z gazami litowymi schłodzonymi do temperatury bliskiej zera absolutnego. Utworzono w ten sposób wieloskładnikowy kondensat Bosego-Einsteina, czyli kwantowy nadciekły płyn. Dwa strumienie tego płynu poruszały się z różnymi prędkościami, a na ich granicy pojawił się falisty wzór, skutkujący generowaniem wirów sterowanych kwantowo. Zidentyfikowano je jako ekscentryczne ułamkowe skyrmiony (EFS) – nowy typ defektu topologicznego. W przeciwieństwie do symetrycznych skyrmionów, EFS mają kształt półksiężyca i zawierają wewnętrzne osobliwości, punkty, w których struktura spinu ulega załamaniu, powodując ostre zniekształcenia. Wizualne podobieństwo do półksiężyca na obrazie Van Gogha jest uderzające.
Skyrmiony, pierwotnie odkryte w materiałach magnetycznych, zyskują na znaczeniu ze względu na potencjalne zastosowania w spintronice i urządzeniach pamięciowych, dzięki swojej stabilności, niewielkim rozmiarom i unikalnej dynamice. Odkrycie nowego typu skyrmionu w nadciekłym płynie może mieć znaczący wpływ na postęp technologiczny oraz fundamentalne zrozumienie systemów kwantowych. Badania te, opublikowane 8 sierpnia 2025 roku w "Nature Physics", potwierdzają przewidywania sprzed dekad i otwierają nowe ścieżki badań nad naturą wirów kwantowych, właściwościami płynów wieloskładnikowych oraz granicami klasyfikacji topologicznej w fizyce.
Naukowcy planują przeprowadzenie bardziej precyzyjnych eksperymentów w celu udoskonalenia swoich pomiarów i weryfikacji długoterminowych przewidywań dotyczących długości fali i częstotliwości fal granicznych napędzanych przez KHI. Rozważane są również szersze implikacje teoretyczne tego odkrycia, ponieważ EFS stanowią wyzwanie dla istniejących klasyfikacji topologicznych, a ich wewnętrzne osobliwości rodzą nowe pytania. Zespół badawczy ma nadzieję zbadać, czy podobne struktury można znaleźć w innych wieloskładnikowych lub wyżej wymiarowych systemach.