Фізики вперше успішно спостерігали квантову нестабільність Кельвіна-Гельмгольца (КГН) у квантових рідинах, явище, яке раніше не було зафіксовано. Ця нестабільність генерує унікальні вихрові структури, відомі як ексцентричні дробові скірміони (ЕДС), чиї півмісяцеві форми нагадують місяць на картині Вінсента ван Гога "Зоряна ніч". Прорив був здійснений дослідниками з Університету Осаки та Корейського інституту передових наук і технологій.
КГН є добре відомим явищем у динаміці рідин, де хвилі та вихори утворюються на межі двох рідин, що рухаються з різною швидкістю. У цьому експерименті дослідники охолодили літієві гази до температур, близьких до абсолютного нуля, створивши багатокомпонентний конденсат Бозе-Ейнштейна — квантовий надплинний стан. Два потоки цієї надплинної рідини рухалися з різною швидкістю, і на їхній межі виник хвилястий візерунок, що призвів до утворення вихорів, керованих квантовими законами. Ці вихори були ідентифіковані як ексцентричні дробові скірміони (ЕДС) — новий тип топологічних дефектів. На відміну від симетричних скірміонів, ЕДС мають форму півмісяця та містять вбудовані сингулярності — точки, де структура спіну руйнується, спричиняючи різкі спотворення. Візуальна схожість із виразним півмісяцем на відомій картині Ван Гога є надзвичайно вражаючою.
Скірміони, вперше відкриті в магнітних матеріалах, набувають значної уваги завдяки потенційному застосуванню у спінтроніці та пристроях пам'яті через їхню властиву стабільність, малий розмір та незвичайну динаміку. Відкриття нового типу скірміонів у надплинній рідині може мати суттєві наслідки як для технологічного прогресу, так і для фундаментального розуміння квантових систем. Дослідницька група планує провести більш точні експерименти для вдосконалення своїх вимірювань. Ці майбутні дослідження спрямовані на перевірку давніх прогнозів 19-го століття щодо довжини хвилі та частоти хвильових інтерфейсів, спричинених КГН. Розглядаються також ширші теоретичні наслідки цього відкриття. ЕДС становлять виклик для існуючих топологічних класифікацій, а їхні вбудовані сингулярності породжують нові питання. Дослідники сподіваються з'ясувати, чи подібні структури можуть бути знайдені в інших багатокомпонентних або вищовимірних системах. Це значне досягнення не тільки підтверджує прогноз, зроблений десятиліття тому, але й відкриває нові напрямки досліджень природи квантових вихорів, структурних властивостей багатокомпонентних рідин та меж топологічної класифікації у фізиці.
Дослідження було опубліковано в журналі Nature Physics 8 серпня 2025 року.