Физики из США, Китая и Японии численно исследовали поведение конденсата Бозе-Эйнштейна, состоящего из двух компонент с противоположно направленными дипольными моментами и сильным диполь-дипольным взаимодействием. Оказалось, что такая система нестабильна, и в ней возникают причудливые структуры, напоминающие лягушек или грибы. Кроме того, ученые теоретически обосновали такое поведение конденсата. Статья опубликована в Physical Review A, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы можно найти на сайте arXiv.org. Если зажать вязкую жидкость между двумя близко расположенными плоскостями и впрыснуть в нее менее вязкую жидкость, можно увидеть, как жидкости переплетаются и образуют причудливые протяженные структуры. Такие структуры называют вязкими пальцами (viscous fingering), или нестабильностями Саффмана-Тейлора (Saffman-Taylor instability). Похожие эффекты возникают при извержениях вулканов, взрывах сверхновых, в различных биологических системах, а также в магнитных жидкостях. Интересно, что вязкие пальцы довольно легко получить — например, в качестве жидкостей можно взять глицерин и воду. Подробнее про этот эффект рассказывается в этой заметке. Группа из трех физиков под руководством Хироки Саито (Hiroki Saito) из Токийского университета электросвязи показала, что похожие на вязкие пальцы структуры возникают в смеси двух бозе-эйнштейновских конденсатов с противоположно направленными дипольными моментами и сильным диполь-дипольным взаимодействием. Для этого они численно смоделировали конденсаты и посмотрели, как система изменяется со временем. Конденсат Бозе-Эйнштейна — это особая фаза, в которую переходит газ бозонов (частиц с единичным спином) при низких температурах. Все образующие такой конденсат частицы одновременно находятся в одном и том же квантовом состоянии с наименьшей возможной энергией, а потому их квантовые свойства начинают проявляться на макроскопических масштабах. О причинах такого поведения можно прочитать в статье «Квантовые газы при низких температурах». Поскольку взаимодействием двух компонент бозе-конденсата в рассмотренной физиками системе пренебречь нельзя, волновая функция каждой из компонент подчиняется уравнению Гросса-Питаевского. Собственно, именно это уравнение ученые численно исследовали в своей статье. Для этого они использовали псевдоспектральный метод — то есть сводили дифференциальное уравнение к алгебраическому (которое исследовать гораздо проще) с помощью быстрого преобразования Фурье, находили его решение, а потом возвращались к исходным волновым функциям. В качестве начальных условий исследователи помещали диск одной компоненты в симметричное кольцо другой компоненты. Авторы статьи предлагают экспериментально реализовать рассмотренную ими систему, взяв в качестве бозонов 7 S 3 состояния (то есть орбитальное число l = 0, магнитное число m = 3) атомов хрома-52 со значениями спинового квантового числа m j = +3 и m j = −3, пойманных в резонансе Фешбаха. Впрочем, такие же эффекты должны наблюдаться и в других бозе-конденсатах, атомы которых обладают равными и противоположными дипольными моментами. В ноябре прошлого года ученые из университета Чикаго увидели другой красивый эффект, который возникает в конденсате Бозе-Эйнштейна: если приложить к конденсату внешнее переменное магнитное поле, он рассыпается, напоминая взрыв фейерверка. Дмитрий Трунин
