Kvatový kulový blesk. Kredit: Heikka Valja / Aalto University.

Skyrmiony jsou pozoruhodné kvazičástice, které představují topologické objekty se stabilní konfigurací. Vědci je již hlásili, i když zatím bez přesvědčivých důkazů, z Boseho-Einsteinových kondenzátů, supravodičů, tenkých magnetických filmů nebo chirálních nematických tekutých krystalů. Skyrmiony byly teoreticky předpovězeny před více než 40 lety, ale s jejich experimentálními důkazy to zatím moc nevycházelo.

Mikko Möttönen. Kredit: Aalto University.

Vědci z americké Amherst College a finské Aalto University teď jako první vytvořili trojrozměrné skyrmiony v kvantovém plynu. V této extrémně řídké a chladné látce vyrobili elektromagnetické „uzly“, které se skládají z magnetických momentů atomů, čili spinů. Tyto uzly přitom mají řadu vlastností stále velmi záhadných kulových blesků, o nichž se někteří fyzici domnívají, že to jsou vlastně zauzlené elektrické proudy.

Právě existence podobných elektromagnetických uzlů by prý mohla vysvětlovat překvapivou výdrž kulových blesků, tedy vlastně koulí plazmy. Během bouřek sice kulové blesky vznikají jen výjimečně, často ale existují mnohem déle, než obyčejné blesky. Už tohle stojí za pozornost. Ale výzkum skyrmionů by mohl ovlivnit i fúzní technologie. Bylo by totiž skvělé udržet plazma ve fúzním reaktoru v podobě ochočených kulových blesků.

David Hall. Kredit: Amherst College.

Vedoucí výzkumu Mikko Möttönen z Aalto University považuje za fantastické, že mohli vyrobit syntetické elektromagnetické uzly, tedy kvantové kulové blesky, které vytvořili z pouhých dvou protisměrných elektrických proudů. Podle Möttönena to znamená, že by podobně mohly vznikat i bouřkové kulové blesky z běžných blesků. Möttönen má přitom osobní zkušenost s kulovým bleskem, který pozoroval v domě svých prarodičů.

Jak vytvořit takové skyrmiony? Podle Davida Halla, vedoucího týmu z Amherst College, je nejprve nutné udělat kvantový plyn, tedy nesmírně zchlazenou látku v podobě Boseho-Einsteinova kondenzátu. Všechny atomy takové látky se ocitnou ve stavu s minimální energií a kvantový plyn se pak nechová jako plyn, ale jako jediný atom. V kvantovém plynu je pak možné „zauzlovat“ spiny atomů náhlými změnami magnetického pole. Výsledkem je uzel spinů, tedy skyrmion. Zauzlovaná struktura spinů přitom vytváří zauzlované umělé magnetické pole, které pěkně odpovídá magnetickému poli v modelu kulového blesku.

Möttönen a další fyzici se již nepochybně nemohou dočkat dalších experimentů, při nichž budou zkoušet, jestli je takovým postupem možné vyrobit kulové blesky pořádné velikosti. Musí to být neuvěřitelný pocit, být jako hromovládce na Olympu, který si míchá blesky pro další bouřku. A když to půjde dobře, tak určitě dojde i na fúzní reaktory. Třeba díky skyrmionům konečně zkrotíme tolik potřebnou jadernou fúzi.

Video: Tying Quantum Knots - Amherst College and Aalto University


Literatura
Aalto University 2. 3. 2018, Science Advances 4: eaao3820, Wikipedia (Skyrmion).