Цитата Азимова стала реальностью — физики создали квантовый аналог «Звёздной ночи» Ван Гога.

Американский писатель Айзек Азимов однажды заметил: «В науке есть искусство, а в искусстве — наука». Новое исследование подтверждает эту мысль, обнаружив неожиданную связь между знаменитой картиной Винсента ван Гога «Звёздная ночь» и законами квантовой физики.

Учёные из Осакского городского университета впервые наблюдали в квантовой жидкости эффект, известный как неустойчивость Кельвина–Гельмгольца. В классическом мире он возникает, когда два потока движутся с разной скоростью, формируя характерные волны и завихрения — например, на границе облаков или в морском прибое.

До сих пор этот феномен в квантовых средах оставался лишь теоретическим. В своей работе команда Хиромицу Такэути не только зафиксировала его, но и обнаружила ранее неизвестные вихри в форме полумесяца, получившие название эксцентрические дробные скирмионы (EFS). По словам исследователей, они поразительно напоминают сияющую луну в правом верхнем углу «Звёздной ночи».

Чтобы добиться этого результата, физики охладили газ атомов лития почти до абсолютного нуля, переведя его в состояние много-компонентного конденсата Бозе–Эйнштейна. В нём атомы ведут себя как единая квантовая волна. Конденсат был разделён на два потока, движущихся с разными скоростями, что вызвало появление характерных ряби на границе раздела — квантового аналога классической неустойчивости.

Однако в квантовой системе волны быстро превратились в сложные вихревые структуры, формирование которых определялось строгими законами квантовой механики. Эти вихри оказались несимметричными, смещёнными, в форме полумесяца и с «сингулярностями» — точками, где обычная спиновая структура резко нарушается.

Скирмионы уже рассматриваются как перспективные элементы в спинтронике — технологии, которая может привести к созданию более быстрых и энергоэффективных устройств хранения и обработки данных. Появление нового типа скирмиона в квантовой жидкости открывает возможности для совершенно иных способов их генерации и управления.

Работа также ставит теоретические вопросы: EFS не укладываются в существующую топологическую классификацию, что указывает на пробелы в понимании таких квантовых структур. Учёные планируют провести более точные эксперименты, чтобы проверить давние предсказания о длинах волн и частотах колебаний при неустойчивости Кельвина–Гельмгольца, а также выяснить, встречаются ли подобные вихри в других квантовых системах.