Фізики експериментально отримали кільце з речовини в надплинному стані, яке обертається більше хвилини зі швидкістю, що перевищує звукову до 18 разів. Ця конфігурація повинна допомогти реалізувати гігантський квантовий вихор у подібній системі, пишуть автори в журналі.
При охолодженні низки речовин до близької до абсолютного нуля температури вони можуть переходити в квантовий стан, який характеризується новими властивостями. Зокрема, гелій за таких умов стає надплинним, тобто поводиться як рідина з нульовою в'язкістю. Також багато речовин, в першу чергу розріджені атомарні гази, стають конденсатами Бозе - Ейнштейна, в яких частинки проявляють скорельовану поведінку і описуються єдиною хвильовою функцією.
Важливою властивістю надплинних речовин виявляється виникнення квантових вихорів, тобто невеликих обертальних течій, які можуть існувати лише при певних значеннях моменту імпульсу. Теоретики пророкують, що при досить швидкому обертанні ці обурення будуть зливатися з утворенням єдиного гігантського вихору, але повноцінної демонстрації такої конфігурації потоку, яка підтримується за рахунок власного обертання, поки не було.
Французькі фізики під керівництвом Елен Перрен (Hélcene Perrin) з Університету Париж 13 вперше в експерименті отримали відносно стійке обертання надплинної речовини - передує утворенню гігантського вихору конфігурацію. Автори спостерігали зменшення концентрації в середині системи аж до утворення порожнечі при перевищенні критичного значення швидкості. Вченим вдалося домогтися розгону потоку до 18,4 чисел Маха, тобто перевищення швидкості звуку в 18,4 рази. При цьому питомий момент імпульсу на частинку досягав значень в 350.
Фізики використовували бозе-конденсат зі ста тисяч охолоджених атомів рубідію, поміщених в оптичну пастку з еліпсоїдальним потенціалом. У міру прискорення обертання хмара приймала форму диска, а потім кільця. Подальше збільшення швидкості призводило до його витончення аж до ситуації, коли його ширини недостатньо для утримання навіть одного квантового вихору.
Авторам цієї роботи вперше вдалося підібрати режим, в якому обертове кільце самопідтримувалося після зовнішньої розкрутки протягом більше хвилини завдяки відцентровій силі. Це дозволило провести додаткові експерименти, злегка обурена течія. Зокрема, авторам вдалося зафіксувати колективні квадрупольні збудження кільця, через які його форма іноді відхилялася від окружності і перетворювалася на еліпс. Частоти коливань цієї моди виявилися в протиріччі з існуючими моделями, що вказує напрямок для майбутніх досліджень як в експериментальному плані, так і в теоретичному.
Конденсат Бозе - Ейнштейна і надплинність являють собою окремі феномени і не зобов'язані співіснувати, але можуть спостерігатися разом. Це дозволяє використовувати бозе-конденсат для детального дослідження деяких феноменів, оскільки експериментальні методи роботи з ним добре розвинені.
Зокрема, за допомогою подібних експериментів можна намагатися симулювати квантову поведінку заряджених частинки в магнітному полі. Це можливо, оскільки з математичної точки зору ця ситуація і обертання нейтрального газу можуть описуватися аналогічним гамільтоніаном - функцією узагальнених координат та імпульсів, що описує динаміку системи. Вважається, що таким чином можна вивчати інші квантові явища, такі як надпровідники II роду і ефект Холла.
У 2017 році фізики відкрили новий стан речовини, в якому надплинність спостерігається в твердому тілі. Також раніше надплинність вдалося спостерігати при кімнатній температурі. Крім того, цього року вчені покрили вуглецеву нанотрубку шаром надплинного гелію.