Дослідники створили мікроокеан на чипі з надрідким гелієм

Дослідники Університету Квінсленду розробили мікроскопічний “океан” на чипі, вкритому надрідким гелієм обсягом усього 5 фемтолітрів — це в 10 мільярдів разів менше краплі дощу.

Основою інновації став фотонний кристалічний резонатор, що посилює лазерне світло для генерації хвиль. За словами доктора Крістофера Бейкера, “надрідкий гелій здатен текти без опору, що унеможливлює звичайні рідини через в’язкість на таких масштабах”. Це дозволило спостерігати явища, раніше доступні лише в теорії.

Використовуючи лазери для збудження та вимірювання хвиль, команда помітила ефекти, які ніколи не фіксувалися в експериментах: хвилі, що нахиляються назад, ударні фронти та солітони — поодинокі хвилі, що поширюються як западини. Такі явища мають фундаментальне значення для розуміння турбулентності, яка визначає рухи океанів, атмосферні процеси та навіть роботу систем кровообігу. Як зазначає Бейкер, “багато з фізики хвиль і турбулентності досі лишаються загадкою”.

Професор Ворвік Бовен наголосив на революційному потенціалі чипової технології, яка здатна прискорити експерименти в мільйон разів — з днів до мілісекунд. У той час як традиційні установки мають сотні метрів завдовжки, мікрочип шириною з людську волосину відкриває нові можливості для точного моделювання нелінійної динаміки хвиль. “Наша мініатюрна система посилює нелінійність більш ніж у 100 000 разів”, — підкреслив Бовен.

Технологія базується на принципах виробництва напівпровідникових мікросхем, що дозволяє інженерно керувати ефективною гравітацією, дисперсією і нелінійністю рідини з безпрецедентною точністю. У перспективі це може сприяти створенню програмованої гідродинаміки. Як резюмує Бовен, “такі експерименти дадуть змогу передбачати погоду, моделювати каскади енергії та досліджувати квантову динаміку воронок — як у класичній, так і в квантовій механіці рідин”.