Оркестр без дирижёра: каждый музыкант настраивается по соседу, и так рождается слаженная мелодия. В мире микроскопических магнитов роль такого оркестра играет крошечный шар из неодима, парящий над сверхпроводящей плёнкой. Его колебания, если их правильно возбудить, складываются в стройный спектр из десятков равноотстоящих частот — как зубцы гребёнки.
До недавнего времени такие левитирующие магниты изучали лишь в простейших режимах: их колебания либо затухали, либо усиливались на одной частоте. Но нелинейность магнитной ловушки таит в себе больше возможностей. Когда два типа поступательных колебаний (вдоль и поперёк плёнки) возбуждаются одновременно на суммарной частоте, они начинают смешиваться, порождая каскад новых частот. Этот процесс похож на то, как два голоса в хоре рождают обертоны, которых нет ни у одного из певцов по отдельности.
Затем в игру вступил третий музыкант — либрационная мода, то есть качание магнита вокруг оси намагниченности. Её собственная частота в шесть раз ниже, и когда пятая гармоника гребёнки совпала с удвоенной частотой либрации, та возбудилась и синхронизовалась с остальными. Спектр обогатился тонкой структурой: теперь в нём более шестидесяти зубцов, отстоящих друг от друга всего на полкилогерца. Добротность колебаний достигает 2,95×10⁵, а это значит, что после выключения накачки амплитуда спадает в e раз почти за три секунды.
Такая многочастотная генерация напоминает работу лазерной гребёнки, только в механике: вместо световых волн — колебания крошечного магнита. Каждая линия спектра фазово привязана к соседним, как зубцы одной расчёски, и сдвиг любой из них заметен с высокой точностью. Это открывает путь к сверхчувствительным датчикам магнитных полей и сил: малейшее внешнее воздействие сдвинет сразу несколько линий, и такой сдвиг будет виден отчётливо.
Оркестр без дирижёра оказался способен не только играть в такт, но и создавать новые гармонии. В будущем, если охладить магнит до квантового режима, его колебания могут стать основой для квантовых вычислений и точнейших измерений. А пока этот парящий шарик демонстрирует, как нелинейность из помехи превращается в инструмент для создания порядка из хаоса.
Микромагнит парит над сверхпроводником без всякой опоры, а его колебания можно перестраивать простым перемещением постоянного магнита. При этом добротность настолько высока, что после выключения накачки амплитуда спадает в e раз почти за три секунды.
В романе Артура Кларка «Фонтаны рая» описан космический лифт, удерживаемый магнитной левитацией; здесь же левитация служит не для транспорта, а для создания идеально изолированного нелинейного осциллятора, генерирующего гребёнку частот.