Topologija kvantnih zavrzlama: kvantni čvorovi

Kvantni čvor, umjetnička impresija, David Hall

Po prvi put, naučnici su imali priliku da posmatraju kako kvantni čvor, nastao iz ultrahladnog gasa, propada, tvoreći vrtlog.

Čvorovi su jako zanimljiva stvar - nastaju određenim redom, određenom organizacojom materijala koji se može zamrsiti. Znate i sami kako vam se u džepovima zapetljaju žice slušalica. To isto se, međutim, događa i sa manje opipljivim stvarima, kao što su linije elektromagnetnog polja i kvantna stanja elektrona. Fizičari su 2016. čak stvorili "kvantne čvorove" u ultrahladnom gasu i registrovali su kako te strukture spontano propadaju u jednostavnija stanje.

Na osnovu prethodnih nalaza svog tima u istraživanjima kvantnih čvorova, naučnici, predvođeni Tuomasom Ollikainenom sa Univerziteta Aalto u Finskoj, ohladili su gas od atoma rubidijuma na samo nekoliko milijarditih stepeni iznad apsolutne nule. Potom su pomoću magnetskog polja poravnali magnetsku osovinu gasa duž krivulja koje se vijugaju - poput iskrivljenog snopa špageta - oko niza površina u obliku krofne (taj oblik zovemo torus), koje su postavljene jedna u drugu. Struktura se raspala u roku od nekoliko milisekundi, a atomi su se poravnali duž jednostavnijeg kružnog uzorka zvanog vrtlog.

Istraživači nagađaju da bi se takvo ponašanje moglo pojaviti u nizu fenomena koji su slični kvantnim čvorovima u smislu njihove topologije, jedne grane matematike koja proučava čvorove i njihove multidimenzionalne analoge. Čak bi i loptasta munja - atmosferski fenomen koji može trajati duže od pola minute i koji bi mogao postojati iz zapletenih elektromagnetskih polja - u principu mogao degradirati na sličan način.

Naučnici istražuju svojstva ovih pojava, koje su možda više slične prstenima dima, nego tradicionalnim čvorovima i čije istraživanje može biti povezano sa različitim naučnim oblastima - od nuklearne fuzije, kosmologije do kvantnih kompjutera. 

Rad o ovome objavljen je u Physical Review Letters sredinom oktobra 2019. pod naslovom: "Decay of a Quantum Knot".

Više o kvantnim čvorima saznajte u ovom videu: