Вихри вездесущи в природе: закручивание воды может создавать завихрения. Когда атмосфера взбаламучена, могут образовываться огромные торнадо. Это также имеет место в квантовом мире, за исключением того, что там одновременно образуется много идентичных вихрей - вихрь квантуется. Во многих квантовых газах такие квантованные вихри уже были продемонстрированы. "Это интересно, потому что такие вихри являются четким признаком потока квантового газа без трения - так называемой сверхтекучести", - говорит Франческа Ферлайно из департамента экспериментальной физики Университета Инсбрука и Института квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук.

Ферлайно и ее команда исследуют квантовые газы, состоящие из сильномагнитных элементов. Для таких дипольных квантовых газов, в которых атомы сильно связаны друг с другом, квантовые вихри пока продемонстрировать не удалось. Ученые разработали новый метод: "Мы используем направленность нашего квантового газа диспрозия, атомы которого ведут себя как множество маленьких магнитов, для перемешивания газа", - объясняет Манфред Марк из команды Франчески Ферлайно. Чтобы сделать это, ученые прикладывают магнитное поле к своему квантовому газу таким образом, что этот изначально круглый газ в форме блина становится эллиптически деформированным из-за магнитострикции. Эта идея, столь же простая, сколь и мощная, возникла из теоретического предложения, сделанного несколько лет назад группой теоретиков Ньюкаслского университета во главе с Ником Паркером, членом которой был Томас Блэнд, второй автор статьи. "Вращая магнитное поле, мы можем вращать квантовый газ", - объясняет Лауриц Клаус, первый автор настоящей статьи. "Если он вращается достаточно быстро, то в квантовом газе образуются небольшие вихри. Вот как газ пытается уравновесить момент импульса". При достаточно высоких скоростях вращения вдоль магнитного поля образуются своеобразные полосы вихрей. Они являются особой характеристикой дипольных квантовых газов и в настоящее время впервые наблюдаются в Университете Инсбрука, Австрия.

Новый метод, теперь представленный в Физика природы, будет использоваться для изучения сверхтекучести в сверхтвердых состояниях, в которых квантовая материя является одновременно твердой и жидкой. "Действительно, все еще остается главным открытым вопрос о степени сверхтекучести в недавно открытых сверхтвердых состояниях, и сегодня этот вопрос остается все еще очень мало изученным".

Работа была выполнена в сотрудничестве с Джакомо Лампорези из Университета Тренто, Италия, и теоретиком Расселом Биссетом из Университета Инсбрука, и была финансово поддержана Европейским исследовательским советом ERC, Австрийским научным фондом FWF и Австрийской академией наук ÖAW, среди прочих.