物理学家创造出一种具有球形闪电特征的新量子粒子

时间：2021-08-01 12:52:13 来源：

量子球照明的艺术印象。数字

阿默斯特学院和阿尔托大学的科学家首次在量子气体中创建了三维天体。理论上已经预测了40年前的披肩，但直到现在才通过实验观察到。

在极其稀疏而冷的量子气体中，物理学家创造了由组成原子的磁矩或自旋构成的结。结表现出许多球状闪电的特征，一些科学家认为这些特征是由纠结的电流组成的。与雷击相比，这种结的持久性可能是导致等离子球闪电寿命长得令人惊讶的原因。新的结果可能会激发新的方法，以使聚变反应堆中的稳定球中的血浆保持完整。

“令人惊奇的是，我们可以创建合成的电磁结，即量子球闪电，基本上只需要两个反向循环的电流即可。”因此，正常的雷击可能会产生自然的球状照明。阿尔托大学理论研究的负责人MikkoMöttönen博士说。

3D skyrmion实验性创建的侧视图。成像方法产生三个区域，自旋指向上（右），水平（中心）和下（左）。在实际实验中，只有一个包含所有这些不同区域的冷凝水。颜色越亮表示颗粒密度越高。影片片数：托马斯·奥利卡宁（Tuomas Ollikainen）

莫特嫩还回忆起曾目睹在他祖父母家中短暂闪过的闪电球。在整个历史上都曾报道过对球状闪电的观察，但很少有物理证据。

量子气体的动力学与带电粒子的动力学相匹配，该带电粒子响应于球形闪电的电磁场。

在其中形成三维天体的真空室的视图。照片：罗素·安德森（Russell Anderson）。

“量子气体被冷却到非常低的温度，在低温下形成玻色-爱因斯坦冷凝物：气体中的所有原子最终都以最小能量状态存在。国家的行为不再像普通的气体，而是一个巨大的原子。”阿默斯特学院实验工作负责人戴维·霍尔教授解释说。

首先通过极化每个原子的自旋使其沿所施加的自然磁场向上指向，从而形成天蝎子。然后，突然改变施加的场，以使场消失的点出现在冷凝液的中间。因此，原子的自旋在它们各自的位置开始沿外加电场的新方向旋转。由于磁场指向零磁场附近的所有可能方向，因此自旋绕成一个结。

天蝎座的打结结构由链接的环组成，每个环的所有自旋指向特定的固定方向。可以松开或移动结，但不能解开结。

3D skyrmion结构的绕组的剖面图，以称为三脚架的三足对象的方向表示。所有三合会开始时都处于相同的方向，但是在形成Skyrmion的过程中，它们围绕不同的轴缠绕，最终导致在Skyrmion中，每个不同的方向都恰好相遇两次。三脚架的箭头尖（绿色）腿具有相同的方向，它们位于闭合的曲线上，其中显示了三个（黄色，品红色和橙色）。这些闭合曲线中的每条曲线都与所有其他闭合曲线链接一次，从而使其成为一个打结丰富的结构。影片片数：大卫·霍尔

霍尔说：“之所以使之成为天空之子，而不是量子结，是因为不仅自旋扭曲而且冷凝物的量子相反复缠绕。”

如果自旋的方向在空间中发生变化，则凝结水的速度就像磁场中带电粒子的响应一样。因此，打结的自旋结构会产生一个打结的人工磁场，该磁场与球状闪电模型中的磁场完全匹配。

“需要进行更多的研究，以了解是否还可以使用这种方法创建真正的球形闪电。进一步的研究可能会导致找到一种解决方案，以使等离子体有效地保持在一起，并实现比我们现在更稳定的聚变反应堆。”Möttönen解释说。

出版物：李伟（A.H.）Gheorghe，K.Tiurev，T.Ollikainen，M.Möttönen和D.S. Hall，《三维Skyrmion中的合成电磁结》，《科学进展》第4期，eaao3820（2018）; DOI：
10.1126 / sciadv.aao3820

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