科技日報記者 張佳欣

梵高的名畫《星空》百余年來撥動著無數(shù)藝術愛好者的心弦。那旋轉涌動的夜空，似乎與物理學中量子湍流的紋理產生了耐人尋味的共鳴。日本大阪公立大學與韓國科學技術院研究團隊首次在量子流體中觀測到“量子開爾文—亥姆霍茲不穩(wěn)定性”（KHI），并發(fā)現(xiàn)了一種形態(tài)酷似《星空》中彎月的新型渦旋結構，即偏心分數(shù)斯格明子（EFS）。這一現(xiàn)象早在數(shù)十年前便被理論預測，卻從未在實驗中直接觀測到。相關論文發(fā)表在最新一期《自然·物理學》上。

KHI是經典流體力學中的重要現(xiàn)象，當兩種速度不同的流體在邊界處相遇時，會形成波浪與渦旋。這種現(xiàn)象可在風吹起的海浪、翻卷的云層，甚至《星空》旋動的天空中找到。研究團隊提出疑問：量子流體中也會發(fā)生類似的不穩(wěn)定性嗎？

為驗證這一設想，團隊將鋰原子氣體冷卻至接近絕對零度，制備出一種多組分玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)（量子超流體），并在其中形成兩股速度不同的流體。在它們的交界面上，首先出現(xiàn)了波狀指形結構，類似經典湍流；隨后，在量子力學與拓撲學規(guī)則的作用下，生成了特殊渦旋。

團隊發(fā)現(xiàn)，這些渦旋是一種此前未知的拓撲缺陷，即偏心分數(shù)斯格明子。與常見的對稱、居中的斯格明子不同，EFS呈彎月形，還包含嵌入奇點。這些點打破了原有的自旋結構，造成尖銳畸變。他們表示，《星空》畫作右上角的彎月，看起來就像一個EFS。

斯格明子最早在磁性材料中被發(fā)現(xiàn)，因其穩(wěn)定性高、尺寸小、動力學特性獨特，在自旋電子學和存儲器領域備受關注。此次在超流體中發(fā)現(xiàn)新型斯格明子，不僅為相關技術提供了新思路，也有助于拓展對量子體系的理解。

團隊計劃在未來進行更高精度的測量，以驗證19世紀有關KHI驅動界面波的波長和頻率的理論預測。