Дослідники з Ланкастерського університету створили систему, яка здатна відобразити внутрішню структуру надтекучого гелію-3. Розробка, описана в Physical Review B, допоможе вивчити турбулентні рухи квантових рідин.
Апарат для вивчення гелію-3, розроблений фізиками, складається з трьох компонентів, занурених у ванну з цим матеріалом: джерела квазічастинок, джерела вихорів і камери. Система фіксує тінь вихрового клубка, що формується в надтекучій рідині.
Охолодження гелію – 3 до низьких температур в кілька мК перетворює цю речовину в надтекучу рідину. Як зазначає в рецензії на цю публікацію Володимир Єльцов, фізик з Університету Аалто, який не брав участі в дослідженні, через багатство внутрішньої структури гелій-3 часто називають «всесвітом в краплі». У надтекучому гелії – 3 куперівські пари утворюють вакуум, який володіє незвичайними динамічними властивостями, такими, наприклад, як течія без тертя. Навпаки, неспарені атоми утворюють фермі-рідина – квантову рідину, що складається з ферміонів.
Джерело квазічастинок в створеному фізиками пристрої – це закритий ящик, всередині якого рухомий механічний пристрій розбиває куперовскі пари на квазічастинки, які вилітають через точкові отвори. Оскільки поза ящиком температура набагато нижче межі надтекучого переходу для гелію-3, і небагато куперовскіх пар розриваються тепловими флуктуаціями, квазічастинки вилітають з діри прямолінійно, як промені світла.
Квазічастинки, що вилітають з ящика, потрапляли в другу частину пристрою. У ній коливальний напівкруглий дротяний контур генерував квантові вихори-струни товщиною менше 100 нм. При цьому квазічастинки, які проходили досить близько від вихору, завдяки андріївському відображенню, поверталися назад до джерела у вигляді дірок. Решта частинок долітали до камери: масиву кварцових камертонів розміром п’ять на п’ять. В результаті таких маніпуляція камера фіксувала тінь вихрового клубка.
Вже в перших експериментах дослідники виявили, що зовнішній край дротяної петлі створює набагато більше вихорів, ніж внутрішній, хоча швидкості потоку повинні бути приблизно однаковими на обох краях. Цей ефект поки не пояснений, але показує, що камера допоможе в майбутньому дізнатися більше про особливості квантової турбулентності.