لقد لمست لوحة فان جوخ الشهيرة "ليلة مرصعة بالنجوم" قلوب عدد لا يحصى من محبي الفن لأكثر من مائة عام. يبدو أن سماء الليل الدوامة والمضطربة لها صدى مثير للاهتمام مع نسيج الاضطراب الكمي في الفيزياء. لاحظ فريق بحث من جامعة أوساكا العامة في اليابان والمعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا "عدم الاستقرار الكمي كلفن-هيلمهولتز" (KHI) في السوائل الكمومية لأول مرة، واكتشفوا بنية دوامة جديدة تشبه الهلال في "السماء المرصعة بالنجوم"، وهي الانعطافات الكسرية اللامركزية (EFS).
لقد تم التنبؤ بهذه الظاهرة نظريًا منذ عقود، ولكن لم يتم ملاحظتها تجريبيًا بشكل مباشر. تم نشر الورقة ذات الصلة في العدد الأخير من "فيزياء الطبيعة".
KHI هي ظاهرة مهمة في ميكانيكا الموائع الكلاسيكية. عندما يلتقي سائلان بسرعات مختلفة عند الحدود، تتشكل موجات ودوامات. يمكن العثور على هذه الظاهرة في الأمواج التي تهب عليها الرياح، والسحب المتدحرجة، وحتى في سماء Starry Night المليئة بالنجوم. وتساءل فريق البحث: هل يمكن أن تحدث حالات عدم استقرار مماثلة في السوائل الكمومية؟
لاختبار هذه الفكرة، قام الفريق بتبريد غاز الليثيوم الذري إلى ما يقرب من الصفر المطلق، وإعداد مكثف بوز-آينشتاين متعدد المكونات (المائع الكمي الفائق)، وتشكيل سائلين بسرعات مختلفة فيه. في واجهتهم، ظهر لأول مرة هيكل متموج على شكل إصبع، مشابه للاضطراب الكلاسيكي؛ ثم، تحت تأثير ميكانيكا الكم والقواعد الطوبولوجية، تم إنشاء دوامات خاصة.
اكتشف الفريق أن هذه الدوامات عبارة عن عيب طوبولوجي غير معروف سابقًا يُعرف باسم Skyrmions الكسرية اللامركزية. على عكس السكايرميونات المتناظرة والمركزية الشائعة، فإن EFS على شكل هلالة وتحتوي على تفردات مدمجة. تكسر هذه النقاط بنية الدوران الأصلية، مما يسبب تشويهًا حادًا. قالوا إن الهلال الموجود في الزاوية اليمنى العليا من لوحة "Starry Sky" يشبه EFS.
تم اكتشاف Skyrmions لأول مرة في المواد المغناطيسية. نظرًا لثباتها العالي وصغر حجمها وخصائصها الديناميكية الفريدة، فقد جذبت الكثير من الاهتمام في مجالات الإلكترونيات السبينية والذاكرة. إن اكتشاف نوع جديد من Skyrmion في السوائل الفائقة لا يوفر أفكارًا جديدة للتقنيات ذات الصلة فحسب، بل يساعد أيضًا في توسيع فهم الأنظمة الكمومية.
ويخطط الفريق لإجراء قياسات عالية الدقة في المستقبل للتحقق من التنبؤات النظرية للقرن التاسع عشر حول الطول الموجي وتردد موجات الواجهة التي تعتمد على KHI.