Тяжелым солитонам отказали в праве на существование
Изображение: University of Washington
Физики провели одну из крупнейших численный симуляций на суперкомпьютере и показали, что «тяжелые солитоны» увиденные ранее учеными из Массачусетского технологического института, на самом деле являются не солитонами, а «квантовыми аналогами дымных колец». Работа ученых из Вашингтонского университета опубликована в журнале Physical Review Letters кратко о ней можно прочитать на сайте ВУЗа.
Солитонами или одиночными волнами называют особый тип волн. Они возникают в нелинейной среде (например, реальных жидкостях или плазме) и при взаимодействии друг с другом и с возмущениями среды ведут себя как частицы. То есть, в частности, сохраняют при таком взаимодействии собственную структуру. Такая устойчивость к возмущениям может использоваться в самых разных разделах физики.
В опубликованной в Nature работе физики из MIT наблюдали движение фазовых волн в среде охлажденных атомов лития. Возбужденные лазером, эти атомы распространяли волну, которая двигалась гораздо медленнее, чем предсказывала теория. Ученые назвали эту волну «тяжелым солитоном» и попытались объяснить, какими уравнениями описывается ее движение в данной среде.
Новое исследование ставит решение массачусетских физиков под сомнение. Ученые провели численное моделирование среды охлажденных атомов лития с помощью одного из самых мощных суперкомпьютеров, Титана, установленного в Оак Ридж в Теннеси. Моделирование показало, что практически все феномены, которые наблюдались при исследовании «тяжелого солитона» объясняются механизмом образования особых вихрей в среде. По словам ученых, фазовые волны в среде атомов лития являются квантовыми аналогами дымных колец или кольцевых вихрей воды, а не настоящими солитонами. Внешне движение тех и других может быть похоже, но эти явления имеют разную природу и описываются разными уравнениями.
Первооткрывателем солитонов считается шотландский инженер Джон Скотт Рассел (John Scott Russell), который наблюдал движение одиночных волн в Канале Содружества неподалеку от Эдинбурга. Явление не получило должного внимания физиков до 60-х годов прошлого века, когда ученые заинтересовались свойствами сверхтекучих жидкостей и движением волн в оптических волноводах. Вариантом солитона является названный в честь выходца из России Леонида Левитова левитон . Это одиночная электромагнитная волна, состоящая из единственного электрона. Впервые экспериментально получить левитоны удалось только в октябре 2013 года.