Группа японских физиков впервые наблюдала в квантовой жидкости неустойчивость Кельвина–Гельмгольца. Эксперимент показал, что в таких условиях возникают особые вихри, которые внешне напоминают элемент известного полотна Ван Гога.
Неустойчивость Кельвина–Гельмгольца часто встречается в природе. Этот эффект возникает, когда два потока жидкости движутся с разной скоростью, создавая на границе волны и завихрения. Его можно увидеть в облаках, морской ряби или на поверхности рек.
До сих пор фиксировать подобное явление в квантовой среде не удавалось. Квантовые жидкости, включая конденсат Бозе–Эйнштейна, обладают особыми свойствами — отсутствием вязкости и поведением, которое описывается законами квантовой механики. Такие системы требуют крайне низких температур и сложных условий, что делает эксперименты особенно трудными.
Ученые из Университета Осаки охладили газ атомов лития почти до абсолютного нуля, получив двухкомпонентный конденсат Бозе–Эйнштейна. Потоки в нем двигались с разной скоростью, что вызвало появление волнообразных структур. Эти узоры напоминали начальную фазу классической неустойчивости, но дальнейшее развитие процесса привело к формированию совершенно новых объектов.
Вместо обычных симметричных скирмионов ученые зафиксировали эксцентрические дробные скирмионы — вихри в форме полумесяца со смещенным центром и участками, где нарушена привычная спиновая структура. По словам авторов, эта форма и смещение центра поразительно напомнили им полумесяц в правом верхнем углу картины Винсента Ван Гога «Звездная ночь». Вихри не только повторяли очертания этого элемента полотна, но и обладали особым топологическим зарядом, отличным от уже известных разновидностей скирмионов.
Авторы считают, что такое открытие поможет глубже изучить топологические квантовые структуры и может оказаться полезным в спинтронике — области, где управление спинами частиц применяют для разработки новых технологий хранения и обработки данных. В планах команды — уточнить параметры волн Кельвина–Гельмгольца и проверить, возникают ли подобные вихри в других типах квантовых систем.