R在历史elatively几个人能说,他们所看到的,第一手的,“球形闪电”的神秘和罕见的电现象-glowing,在雷雨过程中大多出现,并且不被科学家完全理解天空球状物体。

但物理学教授戴维·秒。大厅'91和他的学生在所有的最顶尖的公司:他们和同事少数是 唯一的人在世界上 已经作出并观察闪电球的显微比喻。

大厅里,他的学生研究团队和他的合作者在芬兰阿尔托大学的成员最近成立由原子磁矩的打结配置的三维skyrmion-准粒子,或旋转,在量子气体在大厅的实验室。科学家理论上超过40年前预测skyrmion的存在,但是这是第一次这样的物体已经在实验中已经观察到。

Artistic impression of a quantum ball lightin
图1.量子球照明的艺术印象。图信用:海卡valja

大厅和他的同事们的研究结果发表 科学的进步 在一篇题为 在三维skyrmion合成电磁结。特色的论文研究的安德烈 - 霍里亚·格奥尔基'15和wonjae访问学者图奥马斯ollikainen李'16和计算的贡献,工作建立在合作的以往的研究 玻色 - 爱因斯坦凝聚, 单极量子结.

“实验的概念很简单,但这种现象是既美观又非常复杂,说:”大厅。 “我们自己的这些skyrmions的理解已经发展了好几年了,我们花了几乎只要再次找到访问的方式来传达我们的成果更广泛的科学界。”

大厅和他的团队在他的实验室中的原子冰箱中冷却铷原子的气体到几十高于绝对零度的十亿分之后创建的skyrmion环境。 “过冷时,该气体中的所有原子的最小能量的状态中结束,”解释大厅。 “状态不再用作普通气体,但像巨单原子”。

创建skyrmion,物理学家然后施加一个定制磁场过冷气体,这影响了其构成原子的磁矩的取向。所述skyrmion的特征打结结构以后出现小于千分之一秒。

值得注意的是,skyrmion伴随有打结合成磁场强烈地影响量子气体,所述大厅。这样的打结磁场是闪电球,其描述了由打结场磁约束热气体的等离子体的拓扑理论的一个重要特征。根据这一理论,球状闪电可以持续比普通闪电更长的时间,因为它是很难解开的结磁局限是血浆。

“值得注意的是,我们可以创建合成电磁结,也就是说,量子球状闪电,基本上只有两个反循环电流的,”米克möttönen,在阿尔托大学的理论工作的负责人说。 “[本显示,]有可能与天然球照明可以在一个正常的雷击引起的。”

霍尔说,虽然球形闪电的热等离子体可能是一百万热倍,比与他的团队的作品,但他仍然觉得它很有趣,这种不同的物理环境有着共同的主题超冷气体。他还指出,其实“曾在大型聚变反应堆物理也可能在小的光学平台[赖以他的大部分科研设备位于]将很快使其短暂的旅行,穿过校园到新的科学中心的研究。”

大厅的实验是由美国国家科学基金会(批准号:PHY-1519174),和由芬兰通过其卓越计划中心学院möttönen的研究(批准号:251748,284621和308071)的支持,由欧洲研究理事会下集运(批准号:681311)(quess),通过马格努斯ehrnrooth基础,在凝聚态与材料物理教育网,并通过其研究人员的kaute基础国外节目。

Cutaway view of the 3D skyrmion spin structure
图2. 3D skyrmion自旋结构的剖视图。图信用:大卫大厅