Новые квантовые структуры расскажут, что случилось после Большого взрыва

Российским и финским ученым первым удалось обнаружить в сверхтекучем гелии-3 то, что давно предсказывали космологи — необычные квантовые структуры, которые помогут объяснить охлаждение Вселенной.

Гелий остается жидким при атмосферном давлении, даже если его температура опускается до абсолютного нуля. Более того, при достаточно низкой температуре гелий становится сверхтекучим, то есть обладает нулевой вязкостью и может течь вечно, не теряя энергии. Группа ученых из Университета Аальто (Финляндия) и Института физических проблем им. П. Л. Капицы РАН использовала сверхтекучее состояние гелия-3, чтобы изучить эффекты полуквантовых воронок — вихрей, в которых объем гелия жестко контролируется законами квантовой физики, пишет Phys.org.

«Сначала мы думали, что полуквантовые воронки исчезнут, когда мы снизим температуру. Оказалось, что они никуда не делись, когда мы охладили гелий-3 ниже половины милликельвина — вместо этого возникла нетопологическая стена», — говорит Йере Мякинен, ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Nature Communications.

Нетопологические стены меняют магнитные свойства гелия. Эти изменения и интересовали ученых, которые фиксировали их при помощи ядерного магнитного резонанса.

В первые микросекунды после Большого взрыва, как полагают некоторые космологи, вся Вселенная переживала фазовые переходы, нарушающие симметрию. Наподобие того, что происходило со сверхтекучей жидкостью, запертой в нанообъеме и охлажденной почти до абсолютного нуля.

Согласно их теории, квантовые колебания или топологические дефекты, такие как квантовые воронки, в сверхсжатой Вселенной замерзали, а впоследствии становились галактиками, которые мы наблюдаем сегодня.
Возможность создать такие объекты в лаборатории позволит ученым лучше понять, почему Вселенная сформировалась именно таким образом.

Кроме этого, созданная Мякиненом и его коллегами структура представляет собой потенциальную модель для изучения топологических квантовых вычислений. «Поддерживать жидкий гелий-3 было бы слишком сложно и дорого для создания рабочего компьютера, но он дает нам модель изучения феноменов, которые можно использовать в более доступных материалах будущего», — считает ученый.