Fysikere fra Finland og USA har skapt og fotografert et uvanlig kvanteobjekt, en slags magnetisk virvel, som ligner utseende og egenskaper som en vanlig ballnedslag, ifølge en artikkel publisert i tidsskriftet Science Advances.
“Det er ekstremt overraskende at vi var i stand til å lage en syntetisk elektromagnetisk knute, kvantkule lyn, bare ved å bruke to motsatt rettede strømmer av elektrisk strøm. Alt dette antyder at naturlig kule lyn av denne typen også kan oppstå som et resultat av konvensjonelle lynnedslag, sier Mikko Möttönen fra Aalto universitet i Helsingfors (Finland).
Kule lyn er baller med glødende plasma ladet med strøm. De vises periodevis i atmosfæren under tordenvær og lever mye lenger enn vanlig lyn. Hvor nøyaktig de oppstår og hvilke prosesser som styrer bevegelsen deres, vet ikke forskere ennå og har kranglet om deres natur i nesten halvannet århundre.
Möttenen og hans kolleger antyder at kule lyn ikke bare er elektrisk, men også kvante i naturen, og skaper en komplett analog av dette "naturens mysterium", og eksperimenterer med de såkalte skyrmions, spesielle gjenstander for kvanteverdenen.
Skyrmions er spesielle hypotetiske partikler av materie med uvanlige magnetiske egenskaper som gjør at de ser ut som en slags "pinnsvin" eller mikroskopisk virvel. Spissene til nålene til en slik "pinnsvin" eller kanten av en orkan er positivt ladet, og kroppen til et "dyr" eller episenteret til en orkan er negativt ladet.
Slike kvante "pinnsvin" har ifølge fysikere ekstrem høy stabilitet, noe som gjør at de kan brukes som holdbare og økonomiske minneceller for fremtidens spinn- og kvantecomputere, så vel som konvensjonelle datamaskiner i vår tid.
Forskere har ennå ikke oppdaget eller laget "ekte" skyrmioner, og deres nærmeste analoger er spesielle todimensjonale strukturer inne i tynne filmer laget av magnetiske materialer eller spesielle stoffer, for eksempel mangansilicid. Slike virvler oppstår i dem av seg selv under spesielle forhold, for eksempel ved temperaturer nær absolutt null.
Diagram over en tredimensjonal skyrmion, kvantekvasipartikkel / Lee et al. / Science Advances 2018.
Salgsfremmende video:
Finske og amerikanske fysikere har laget en ny versjon av disse partiklene, som har en tredimensjonal snarere enn todimensjonal natur, ved bruk av et annet kvantestoff - det såkalte Bose-Einstein-kondensatet.
Det er en uvanlig form for materie i dens egenskaper, lik gass og væske, som oppfører seg som ett gigantisk atom og har typiske "atomare" egenskaper. Forskere får det vanligvis ved å avkjøle en sky av rubidium og andre alkalimetallatomer til temperaturer nær absolutt null.
Som Möttenen og kollegene har funnet, kan dette kunstige atomet gjøres om til en tredimensjonal analog av en skyrmion ved å plassere det inne i et sterkt magnetfelt og endre plasseringen av spinnet til hvert ekte atom inni det på en spesiell måte. Når dette feltet er "slått av", vises en spesiell kvantestruktur inne i Bose-Einstein-kondensatet, som har samme konfigurasjon av elektromagnetiske felt flettet inn i en knute som kule lyn.
Den viktigste uvanlige egenskapen, som fysikeren bemerker, er at den eksisterer i en slik form i uvanlig lang tid for et kvanteobjekt, flere hundre mikrosekunder. Dette antyder, ifølge Möttenen, at tredimensjonale skyrmioner kan være "kjernen" i kule lyn, som også lever uvanlig lenge sammenlignet med vanlige lynutladninger.
