作者:剑桥大学莎拉·柯林斯 通过方程的数值积分在环形泵浦极化凝聚体中自发形成多电荷量子涡旋
(3)和(4)
密度(顶行)和相位(底行)快照显示了凝析油形成的不同阶段
为了清楚起见，每个密度分布被重新缩放到单位最大值
泵送剖面以黑色叠加(以磷为单位)，显示泵和冷凝液之间的空间分离
在凝析油形成初期，由于泵的几何形状，物质波干扰导致波函数出现环形零点
这些环奇点对于动力不稳定性是不稳定的，变得不对称，并且随着冷凝物的继续发展，可以观察到这些环奇点分裂成更稳定的单位涡流
冷凝液在环形泵内以近乎均匀的方式填充圆盘形区域，但剩余的涡流无序地相互作用
涡流湍流最终衰减，留下净拓扑电荷
用不同的随机初始条件重复这些模拟，最终涡度的大小和符号是不同的
这里， 任何一个把浴缸里的水排干或者把奶油搅拌到咖啡里的人都会看到一个漩涡，这是一种流体循环时出现的普遍现象
但与水不同的是，受量子力学奇怪规则支配的流体有一个特殊的限制:正如1945年未来的诺贝尔奖得主拉斯·翁萨格尔首次预测的那样，量子流体中的漩涡只能以整数为单位扭曲
据预测，这些旋转结构对研究从量子系统到黑洞的一切都非常有用
但是，尽管在许多系统中已经观察到了具有单一旋转单位的最小可能的量子涡旋，但较大的涡旋并不稳定
虽然科学家们试图迫使较大的漩涡保持在一起，但结果却是喜忧参半:当漩涡形成时，所用方法的严厉性通常会破坏它们的有用性
现在，来自剑桥大学的塞缪尔·阿尔佩林和娜塔莉亚·贝洛夫教授发现了一种理论机制，通过这种机制，巨大的量子涡旋不仅是稳定的，而且是在近乎均匀的流体中自行形成的
发表在《光学》杂志上的这一发现，可能会为深入研究旋转黑洞的本质的实验铺平道路，这些旋转黑洞与巨大的量子漩涡有相似之处
为了做到这一点，研究人员使用了一种光和物质的量子混合物，称为旋光体
这些粒子是由激光照射到特殊的层状材料上形成的
“当光被困在这些层中时，光和物质就变得不可分了，把产生的物质看作是不同于光或物质的东西，同时继承两者的特性，变得更加实际，”博士阿尔珀林说
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剑桥大学应用数学和理论物理系的学生
旋光性最重要的特性之一来自于一个简单的事实:光不可能永远被捕获
一种需要高密度外来粒子的旋光性流体，不断地排出光，需要从激光中获得新的光才能生存
“结果，”阿尔珀林说，“是一种永远不允许沉降的流体，它不需要遵守物理学中通常的基本限制，比如能量守恒
在这里，能量可以作为流体动力学的一部分而改变
" 正是这些不断流动的液体光，研究人员利用它们来形成难以捉摸的巨大漩涡
新的方案不是将激光照射在北极星流体本身上，而是将光做成环状，像水流向浴缸排水管一样不断向内流动
根据理论，这种气流足以将任何旋转集中成一个巨大的旋涡
“这个巨大的漩涡真的可以在适合他们研究和技术应用的条件下存在，这是非常令人惊讶的，”阿尔珀林说，“但事实上，它只是表明了旋光体的流体力学与更好研究的量子流体有多么截然不同。”
这是令人兴奋的领域
" 研究人员说，他们刚刚开始研究巨型量子涡旋
他们能够模拟几个量子漩涡的碰撞，因为它们以越来越快的速度围绕彼此跳舞，直到它们碰撞形成一个类似黑洞碰撞的巨大漩涡
他们还解释了限制最大涡流尺寸的不稳定性，同时探索了涡流行为的复杂物理现象
“这些结构有一些有趣的声学特性:它们有依赖于它们的旋转的声学共振，所以它们唱一些关于它们自己的信息，”阿尔佩林说
“从数学上讲，这与旋转黑洞辐射自身属性信息的方式非常相似
" 研究人员希望这种相似性可以给量子流体动力学理论带来新的见解，但他们也表示，极化子可能是研究黑洞行为的有用工具
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