Квантовые «торнадо» в ранней Вселенной объяснят возникновение галактик

Иллюстрация расположения вихрей на капле; сама капля находится в верхнем правом углу
Иллюстрация расположения вихрей на капле; сама капля находится в верхнем правом углу

Команда специалистов, состоящая из 44 физиков и химиков из США, Германии и Китая, изучила свойства сверхтекучести (то есть движения без трения) микрокапель жидкого гелия. Вращение таких объектов напомнило ученым природные «торнадо»; как считают некоторые авторы, аналогичным образом могла вести себя материя на ранних этапах эволюции Вселенной. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Science, а кратко с ними можно ознакомиться, например, на сайте Стэнфордского линейного ускорителя.

Ученые обнаружили, что сверхтекучая жидкость в микрокапле движется круговым образом. Вращение происходило с частотой до двух миллионов оборотов в секунду и приводило к деформации капли к форме толстого диска.

Специалисты заметили, что, с одной стороны, деформация капли напоминает таковую у Земли вследствие ее вращения вокруг своей оси. С другой стороны в капле со сверхтекучим веществом наблюдается появление множества вихрей. В микрокаплях вихри упакованы до ста тысяч раз плотнее, чем в каплях большего размера.

Таким образом сочетание вращения сплющенной капли как целого с равномерно распределенными в ней вихрями приводит к тому, что диск со сверхтекучей жидкостью выдерживает достаточно большие скорости вращения, при которых он не разрушается.

Специалисты работали с гелием-4 — изотопом гелия (с двумя протонами и двумя нейтронами), который при температуре ниже −271 градусов Цельсия переходит в сверхтекучее состояние. Если такое вещество поместить в открытый сосуд, то через некоторое время он начнет вытекать из него.

Свои наблюдения ученые проводили с использованием техники фемтосекундной рентгеновской томографии. Для этого в вакуумную камеру со скоростью около 200 метров в секунду впрыскивались капли, которые за счет испарения части гелия охлаждались. Пройдя несколько миллиметров, вещество в таких каплях охлаждалось до сверхтекучего состояния и сразу же облучалось разером (рентгеновским лазером — квантовым генератором в рентгеновском диапазоне) с фемтосекундной частотой импульсов.

Вращение вещества ученые наблюдали, анализируя дифракцию рентгеновского излучения от капель. Чтобы заметить вихри в каплях, ученые в жидкий гелий добавили атомы ксенон, которые рассеивают излучение сильнее, чем гелий, и тем самым дают возможность наблюдать вихревое движение явно.

Специалисты изучали вращение одиночных капель сверхтекучего жидкого гелия, содержащих от ста миллионов до ста миллиардов атомов. Размеры таких микрокапель составляли от 0,2 до двух тысячных долей миллиметра.

Работа ученых, как считается, поможет лучше понять не только сверхтекучесть, но и сверхпроводимость (при которой электрическое сопротивление падает до нуля), а также образование конденсата Бозе-Эйнштейна — коллективного образования из бозонов (класса частиц к которым относятся, например, фотоны — кванты света), находящихся в основном состоянии (то есть с минимальной энергией) и проявляющих себя как одна макроскопическая частица. Иногда такое образование называют пятым состоянием вещества после твердого, жидкого, газообразного и плазмы.

Некоторые физики предполагают, что спустя небольшое время после начала Большого взрыва вещество Вселенной было похоже на сверхтекучую жидкость. По их мнению, появление флуктуаций в виде вихрей могло привести к образованию ранних галактик. В дальнейшем ученые планируют изучить механизм кластеризации в микрокаплях и роль вихрей в нем.

Обсудить
Россия. Москва. 13 апреля 2016. Член комитета Госдумы РФ по вопросам собственности Андрей Свинцов, председатель комитета Госдумы по делам общественных объединений и религиозных организаций Ярослав Нилов, первый заместитель председателя комитета Госдумы по информационной политике, информационным технологиям и связи Вадим Деньгин, член комитета Госдумы по конституционному законодательству и государственному строительству Алексей Диденко (слева направо на втором плане) и член комитета Госдумы по образованию Егор Анисимов (слева на первом плане) на пленарном заседании Государственной думы РФ. Станислав Красильников/ТАССПретерпевшие
На что жалуются депутаты при зарплате в 400 тысяч рублей
Россия для грустных
Тест «Ленты.ру» на экстремизм
Владимир Путин«Волосы дыбом встают»
Чему ужаснулся Путин на Совете по правам человека
Рамзан Кадыров Рамзан сбережет
Почему финансирование Чечни продолжит расти
«Родишь — будешь халат мне от крови отстирывать»
Молодые матери о хамстве и унижениях в родильных домах
Мой воображаемый друг
Возвращение Андре Мальро в Пушкинский музей
Ночь грешна
Кино недели с Денисом Рузаевым: от «Под покровом ночи» до «Хуже, чем ложь»
Иван Дорн «У меня выработались антитела к политике»
Иван Дорн о перевоплощении и проверке себя
Актеры Анастасия Марчук (Государыня Арина Абрамовна) и Виктор Раков (Комяга) в спектакле "День опричника" по произведениям Владимира Сорокина в постановке Марка Захарова в театре "Ленком". Артем Геодакян/ТАССТы меня на рассвете разбудишь
Как старшее поколение спорит с антиутопическими прогнозами в «Дне опричника»
Дженис ЙостимаСама себе модель
История успеха девушки из провинции с миллионом подписчиков в сети
Ленинаканский пробор
История парикмахерской, пережившей землетрясение в Гюмри
SAN MARCOS, CA - FEBRUARY 5:  Finished silicone RealDoll sex dolls are seen at the Abyss Creations factory on February 5, 2004 in San Marcos, California. RealDolls are created using Hollywood special effects technology and have orifices made of a special soft grade of silicone for people who want to "enhance their sex lives", according to Abyss Creations literature. Standard female models sell for about $6000, males for $7000, and are sold only over the Internet. "Shemales" and other special orders are also available.       (Photo by Макдоналдс секс-индустрии
Зачем лондонскому кафе эротические роботы
Мохаммед, похититель Рождества
Елки и Санта-Клаусы в Европе оказались в опале
Анастасия Белокопытова «Не считала, сколько трачу в месяц»
История уроженки Рязани, переехавшей в Австрию
Видео: Самый быстрый «МАЗ»
Дакаровский «МАЗ», десантный корабль на воздушной подушке и заброшенная авиабаза
Чех, два японца и кореец: выбираем лучший компактный седан
Длительный тест четырех компактных седанов. Часть 3
В угол за угон
Когда детям становится скучно, они угоняют настоящие машины
Пикник на обочине
Испытываем «арктические» пикапы Toyota Hilux, у которых 10 колес на двоих
Извращенные вкусы
Откровения риелторов о клиентах-геях, богеме, политиках и шизофрениках
Халявщики и партнеры
Застройщики и банки шокируют заемщиков ипотечными условиями
Худо будет
Москвичи тратят миллионы на квартиры, в которых невозможно жить
Горите в аду
Получить имущество по наследству становится все труднее