物理学家首次观测到量子开尔文-亥姆霍兹不稳定性,奇异涡旋酷似梵高《星夜》

编辑者: Irena I

大阪公立大学与韩国科学技术院的研究人员于2025年8月8日在《自然物理学》杂志上发表了一项里程碑式的研究,首次成功观测到量子流体中的开尔文-亥姆霍兹不稳定性(KHI)。这一现象此前仅存在于理论预测中,此次观测产生了被称为“奇异分数涡旋”(EFSs)的独特涡旋模式,其新月状的形状与文森特·梵高著名画作《星夜》中的月亮惊人地相似。

开尔文-亥姆霍兹不稳定性是流体动力学中的一个经典现象,当两种以不同速度运动的流体界面发生相互作用时,会产生波和涡旋。在此次实验中,研究人员将锂原子气体冷却至接近绝对零度,形成了一种多组分玻色-爱因斯坦凝聚体,这是一种量子超流体。当两股超流体以不同速度流动时,在它们的界面处出现了波动模式,并最终生成了由量子力学规律支配的涡旋。这些涡旋被确认为奇异分数涡旋(EFSs),这是一种新发现的拓扑缺陷,其新月状的形态和嵌入的奇点挑战了现有的拓扑分类体系。

斯格明子最初在磁性材料中被发现,因其固有的稳定性、微小尺寸和独特的动力学特性,在自旋电子学和存储器件领域备受关注。在超流体中发现新型斯格明子,可能对技术进步和对量子系统的基本理解产生重大影响。研究团队计划进行更精确的实验来完善测量结果,并验证19世纪关于KHI驱动界面波波长和频率的长期预测。这项发现不仅证实了数十年前的理论预测,也为探索量子涡旋的本质、多组分流体的结构特性以及拓扑分类的边界开辟了新的途径。

来源

  • Open Access Government

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