Работа, опубликованная в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, была выполнена международной командой, включая специалистов из инженерного колледжа FAMU-FSU и Национальной лаборатории сильных магнитных полей. Исследователи наблюдали за поведением вихрей в сверхтекучем гелии — веществе, которое при температуре, близкой к абсолютному нулю, течет без трения.
Квантовые вихри в такой жидкости — это тончайшие трубки, в которых циркуляция строго задана законами квантовой механики. Они стабильны, как миниатюрные торнадо, и позволяют ученым проследить мельчайшие детали движения жидкости. Чтобы сделать их видимыми, исследователи ввели частицы дейтерия, заморозили их и осветили лазером. Это позволило с высокой точностью отслеживать движение вихрей.
Главный результат — выяснилось, что при столкновении и последующем соединении эти вихри расходятся быстрее, чем сходятся. Такое поведение выявляет временную асимметрию, или необратимость, которая, как предполагается, действует не только в квантовых, но и в обычных жидкостях. Каждый акт соединения сопровождался всплесками энергии — своеобразной рябью, распространявшейся по окружающей среде.
По словам профессора Вэя Го, эти явления помогут лучше понять природу турбулентности — сложного и важного процесса, который влияет на погоду, работу двигателей и даже на космические явления. Исследование может лечь в основу новых подходов к управлению потоками энергии и оптимизации инженерных систем.
Хотя квантовая жидкость и кажется чем-то оторванным от повседневной физики, в ней тоже живет турбулентность — только куда более упорядоченная и наблюдаемая. Это открывает путь к пониманию хаоса не только через эксперименты, но и через строгую математику. Особенно интересно, что схожие закономерности всплывают и в совсем других системах — например, в атмосферных потоках, которые изучаются уже более века. О том, как математикам недавно удалось строго доказать одну из ключевых особенностей турбулентности, вы можете прочитать в этой статье.