Физики из Финляндии и США впервые создали трехмерные скирмионы, сочетание электрических и магнитных полей в которых схоже с моделью шаровой молнии. Соответствующая работа опубликована в Science Advances.
Скирмионы – это особый тип квазичастиц: вихревые структуры с обратной намагниченностью. Скирмион представляет собой микроскопический вихрь, края которого заряжены положительно, а центр – отрицательно. До сих пор экспериментально физикам удавалось получить только двумерные скирмионы внутри тонких плоских пленок на поверхностях магнитных материалов.
В новой работе ученым удалось создать трехмерную модель скирмиона, используя конденсат Бозе-Эйнштейна – квантовый газ, охлажденный до температур, близких к абсолютному нулю. В таком состоянии квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне.
Используя комбинацию из нескольких магнитных полей, ученые направленным образом меняли положения спинов атомов, в результате чего получили необходимую структуру – кольцевые электрические и магнитные поля, завихренные вокруг центра. Полученные скирмионы имели продолжительность жизни несколько десятков долей миллисекунды.
Устойчивая электромагнитная структура, возникающая в скирмионах, может быть квантовым аналогом шаровой молнии. Доказанная в результате эксперимента возможность стабильного относительно длительного существования скирмионов может рассматриваться как подтверждение возможности существования шаровых молний, которые живут значительно дольше, чем обычный атмосферный разряд.
«Показательно, что мы смогли создать искусственный электромагнитный узел, то есть квантовую шаровую молнию, всего лишь с помощью двух противоположно направленных потоков тока. Таким образом, это делает вероятным возникновение шаровой молнии при обычном грозовом разряде», – заявил Микко Меттенен, руководитель финской команды исследователей.
