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近期，科學(xué)家們展示了如何以一種無法拆散的方式鏈接三個(gè)渦旋。盡管這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是被稱為玻色-愛因斯坦(Bose-Einstein)凝聚體的一種特殊物質(zhì)形式的渦旋，但是鏈接的結(jié)構(gòu)類似于維京人和其他古代文化使用的打結(jié)模式。該研究已經(jīng)發(fā)表在《通信物理學(xué)》(Communications Physics)雜志上，對(duì)量子計(jì)算、粒子物理學(xué)和其他領(lǐng)域都有影響。

博士后研究員托尼·安納拉 (Toni Annala) 使用弦繩和水渦來解釋這一現(xiàn)象：“如果你把由堅(jiān)韌的弦繩制成的圓環(huán)鏈接起來，因?yàn)檫@根弦繩無法穿過另一根弦繩，你就無法解開它。另一方面，如果在水中制造相同的圓形結(jié)構(gòu)，如果不加以保護(hù)，水渦會(huì)發(fā)生碰撞和合并。在玻色-愛因斯坦凝聚體中，鏈接結(jié)構(gòu)介于兩者之間。”研究人員證明了存在一種由于其基本特性而無法分裂的相連渦流結(jié)構(gòu)。“其中的創(chuàng)新點(diǎn)是，我們能夠在數(shù)學(xué)上構(gòu)建三個(gè)不同的流動(dòng)渦流，它們相互鏈接但不能在沒有拓?fù)浜蠊?topological consequences)的情況下相互穿過。如果渦流相互滲透，交叉點(diǎn)會(huì)形成一根繩索，將渦流束縛在一起 一起消耗能量，這意味著結(jié)構(gòu)不容易被破壞。” 阿爾托大學(xué) (Aalto University)研究小組的教授Mikko Möttönen 說。該結(jié)構(gòu)在概念上類似于 三不互扣環(huán) (Borromean rings)，這是一種由三個(gè)相互連接的圓圈組成的圖案，已廣泛用于象征主義和紋章。

這項(xiàng)研究中的數(shù)學(xué)分析表明，在打結(jié)或相連的渦流之間可能存在類似的穩(wěn)健結(jié)構(gòu)。 這種結(jié)構(gòu)可能會(huì)在某些類型的液晶或凝聚態(tài)物質(zhì)系統(tǒng)中觀察到，并可能影響這些系統(tǒng)的行為和發(fā)展。這些發(fā)現(xiàn)或?qū)⒂兄谑沽孔佑?jì)算更加準(zhǔn)確，也可能對(duì)粒子物理學(xué)產(chǎn)生影響。

該研究論文題為"Topologically protected vortex knots and links"，已發(fā)表在《通信物理學(xué)》(Communications Physics)期刊上，主要作者為阿爾托大學(xué) (Aalto University)的教授Mikko Möttönen。

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參考資料：DOI: 10.1038/s42005-022-01071-2.

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