Исследователи из Университета Осаки и Корейского передового института науки и технологий (KAIST) совершили прорыв в понимании квантовых жидкостей, впервые напрямую наблюдая квантовую неустойчивость Кельвина-Гельмгольца (КГН). Это явление порождает уникальные вихревые структуры, известные как эксцентричные дробные скирмионы (ЭДС), чьи серповидные формы вызывают ассоциации с луной на картине Винсента Ван Гога "Звездная ночь".
Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца — это хорошо изученный феномен в гидродинамике, при котором на границе раздела двух жидкостей, движущихся с разными скоростями, возникают волны и вихри. В данном эксперименте ученые охладили газообразный литий до температур, близких к абсолютному нулю, создав многокомпонентный конденсат Бозе-Эйнштейна — квантовый сверхтекучий раствор. Два потока этой сверхтекучей жидкости двигались с разными скоростями, и на их границе возникли волнообразные структуры, приведшие к образованию квантово-управляемых вихрей. Эти вихри были идентифицированы как эксцентричные дробные скирмионы (ЭДС) — новый тип топологических дефектов. В отличие от симметричных скирмионов, ЭДС имеют серповидную форму и содержат встроенные сингулярности — точки, где нарушается структура спина, вызывая резкие искажения. Визуальное сходство с ярко выраженной серповидной луной на знаменитой картине Ван Гога поразительно.
Скирмионы, впервые обнаруженные в магнитных материалах, привлекают значительное внимание благодаря потенциальному применению в спинтронике и устройствах памяти, учитывая их стабильность, малый размер и необычную динамику. Открытие нового типа скирмионов в сверхтекучей жидкости может иметь существенные последствия как для технологического прогресса, так и для фундаментального понимания квантовых систем. Исследовательская группа планирует провести более точные эксперименты для уточнения своих измерений. Эти будущие исследования направлены на проверку давних предсказаний XIX века относительно длины волны и частоты интерфейсных волн, вызванных КГН. Более широкие теоретические последствия этого открытия также рассматриваются: ЭДС представляют собой вызов для существующих топологических классификаций, а их встроенные сингулярности порождают новые вопросы. Ученые надеются исследовать, могут ли аналогичные структуры быть обнаружены в других многокомпонентных или многомерных системах. Это значительное достижение не только подтверждает предсказание, сделанное десятилетия назад, но и открывает новые направления исследований природы квантовых вихрей, структурных свойств многокомпонентных жидкостей и границ топологической классификации в физике. Исследование было опубликовано в журнале Nature Physics 8 августа 2025 года.