Międzynarodowy zespół eksperymentatorów i teoretyków, do którego należą prof. Piotr Magierski oraz dr. hab inż. Gabriel Wlazłowski, prof. PW, opublikował na łamach Nature Communications najnowsze wyniki dotyczące dynamiki wirów kwantowych w silnie oddziałującym, nadciekłym gazie atomowym (^6Li). Praca przedstawia pierwsze bezpośrednie pomiary parametrów opisujących „siłę tarcia” działającą na poruszający się wir kwantowy, generowaną przez otaczający go ośrodek.

Zdjęcia ultrazimnego gazu atomów litu-6 uwięzionego w cylindrycznej pułapce optycznej. W centrum widoczny jest wir kwantowy unieruchomiony za pomocą wiązki laserowej. Drugi wir, nieutrzymywany w miejscu, może swobodnie się poruszać — w przedstawionym przypadku orbituje wokół centralnego wiru. Jeśli w układzie występuje tarcie, promień tej orbity stopniowo maleje. (źródło rysunku)

Naukowcy z PW, korzystając z jednego z największych europejskich superkomputerów LUMI, przeprowadzili zaawansowane symulacje numeryczne. Oparli je na rozwijanym na Wydziale Fizyki PW podejściu teoretycznym do opisu układów nadciekłych w stanach nierównowagowych oraz na dedykowanym oprogramowaniu tworzonym w wydziałowej Grupie Teorii Jądra Atomowego.

Wyniki teoretyczne wykazały wyjątkowo dobrą zgodność z danymi eksperymentalnymi, co zostało potwierdzone przez współpracującą grupę doświadczalną. Zbieżność ta umożliwiła szczegółowe zrozumienie mechanizmów odpowiedzialnych za powstawanie efektów dyssypacyjnych w nadciekłych układach kwantowych — tam, gdzie zwykle oczekuje się ich braku.

Odkrycie znacząco poszerza naszą wiedzę o kwantowej hydrodynamice i ma dalekosiężne konsekwencje — od zrozumienia własności ultrazimnych gazów atomowych, po modelowanie materii gwiazd neutronowych, gdzie również przewiduje się istnienie nadciekłej materii zawierającej kwantowe wiry. Wyniki stanowią ważny krok w stronę pełnego, spójnego opisu zjawisk transportu w silnie skorelowanych układach kwantowych.

 Dowiedz się więcej z artykułu Mutual friction and vortex Hall angle in a strongly interacting Fermi superfluid: https://doi.org/10.1038/s41467-025-64992-w

Prof. Piotr Magierski i dr hab. inż. Gabriel Wlazłowski, prof. PW, fot.: archiwum Piotra Magierskiego, kadr z filmu Super_Dreamers DigitalEU