Квантовый вихрь — это топологический дефект в квантовых жидкостях, где циркуляция фазы квантована.Квантовый вихрь — это топологический дефект в квантовой жидкости, такой как сверхтекучая жидкость, конденсат Бозе — Эйнштейна или сверхпроводник, где фаза квантовой волновой функции наматывается вокруг центральной точки на целое число, кратное 2π. Эта намотка квантована, то есть циркуляция всегда кратна фундаментальной единице, а ядро вихря — это область, где плотность жидкости падает до нуля. Квантовые вихри являются квантовыми аналогами классических водоворотов, но они стабильны и имеют фиксированную интенсивность.
Концепция была впервые предложена Ларсом Онзагером в 1949 году и независимо Ричардом Фейнманом в 1955 году для объяснения свойств вращения сверхтекучего гелия. Первое экспериментальное наблюдение квантованных вихрей в сверхтекучем гелии было сделано в 1960-х годах, а в сверхпроводниках они были предсказаны Алексеем Абрикосовым в 1957 году, за что он получил Нобелевскую премию в 2003 году.
В сверхтекучей жидкости вся жидкость описывается единой макроскопической волновой функцией. Когда жидкость вращается, она не может вращаться как твердое тело; вместо этого она образует дискретные вихри, каждый из которых несет один квант циркуляции. Поле скоростей вокруг вихря обратно пропорционально расстоянию от ядра, поэтому жидкость движется быстрее вблизи ядра. В сверхпроводниках вихри несут кванты магнитного потока и называются вихрями Абрикосова; они появляются, когда магнитное поле проникает в сверхпроводник выше критического значения.
Квантовые вихри используются в сверхпроводящих устройствах, где они могут применяться в качестве кубитов, а также в исследованиях турбулентности в квантовых жидкостях. Они также играют роль в понимании внутреннего строения нейтронных звезд и в разработке квантовых симуляторов.
Во вращающейся сверхтекучей жидкости вихри выстраиваются в правильную треугольную решетку, известную как решетка Абрикосова, которую можно непосредственно наблюдать в сверхпроводниках с помощью магнитной силовой микроскопии.
| T_{\mu\nu} | переменная | тензор энергии-импульса — stress energy tensor Дж/м³ |
| k^\mu | переменная | нулевой вектор — null vector |
| t | переменная | временная координата — время с |
| f(t) | переменная | пробная функция — sampling function |
| C | переменная | безразмерная константа — dimensionless constant |
| t_0 | переменная | характерное время — время с |
| \int_{-\infty}^{\inf | оператор | интегрирование по всему времени — интеграл |
