自旋-1和自旋-2磁相的原型自旋子的马约拉纳和球面谐波表示。a， b 自旋-1铁磁（FM）和极性（P）磁相，具有两个马约拉纳点（绿点，相邻数字表示多重性>1）。c–g 自旋-2铁磁-2 （FM2） 和 -1 （FM1），单轴向列 （UN）、双轴向列 （BN） 和循环 （C） 磁相，有四个马约拉纳点。对于BN和C，正方形和四面体的离散多面体马约拉纳对称性很容易识别。顺序参数对称性的完整行为在球面谐波表示中可视化，其中Z（θ，φ）对于球面坐标（θ，φ）在球面谐波方面扩展每个旋转器。形状∣Z（θ， φ）∣2 和 Arg（Z）Arg（Z） （色图） 一起揭示了对称性。FM、FM1 和 FM2 阶参数对应于三维空间旋转。其余磁相的顺序参数对称性是通过将全局凝聚相与无向轴（P和UN），平方（BN）和四面体（C）适当组合来获得的。图片来源：Nature Communications （2022）。DOI： 10.1038/s41467-022-32362-5

科学家的国际合作创造并观察到了一类全新的漩涡 - 旋转的流体或空气。

由美国阿默斯特学院（Amherst College）和英国东英吉利大学（University of East Anglia）和英国兰开斯特大学（Lancaster University）的研究人员领导，他们的新论文详细介绍了这些“奇异”漩涡在温度低至绝对零度以上数百亿分之一度的超冷原子气体中的首次实验室研究。

本周在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上宣布的这一发现可能对量子信息和计算的实现产生令人兴奋的未来影响。

漩涡是自然界中熟悉的物体，从浴缸排水管的水漩涡到飓风周围的气流。

在量子力学系统中，例如原子玻色 - 爱因斯坦凝聚物，涡旋往往很小，它们的环流以离散的量子化单位出现。这种漩涡长期以来一直是物理学家着迷的对象，并有助于阐明超流动性和超导性的不寻常特性。

然而，这里观察到的漩涡的不寻常性质是由于量子气体的对称性。从宇宙学到基本粒子，物理理论的一个特别迷人的属性是，尽管存在完美的潜在对称性，但不对称世界的出现。例如，当水冻结成冰时，液体中的无序分子将自己排列成一个周期性的阵列。

系统的空间对称性通常很容易识别 - 例如，蜂窝具有具有六边形对称性的周期性单元阵列。虽然这部新作品中使用的涡旋介质是流体而不是固体阵列，但它也具有一组隐藏的离散对称性。例如，该团队的一个超冷气体具有正方形的四重对称性，而另一个具有四面体骰子的四面体对称性，这是世界各地幻想游戏玩家所熟悉的。

“质量流和流体的潜在对称性以有趣的方式相互作用，”UEA物理学副教授Magnus Borgh博士说。

“一个结果是，如果两个涡流的位置互换，它们可以在流体中留下过程的痕迹。这种痕迹将相互作用的漩涡永久地联系在一起，就像梯子里的梯子一样。

“没有普通的流体表现得像这样，也许类似的物体只存在于中子星深处，”兰开斯特大学的Janne Ruostekoski教授补充道。事实上，该团队表示，这些创造的漩涡超出了最先进的技术。

“部分正是这些与更陌生的物理领域的联系使我们的工作具有吸引力，”阿默斯特学院的David Hall教授说。“部分原因是我们人类对对称性的欣赏。

直接观察这些行为已成为该团队研究的重点，其实验部分位于阿默斯特学院。

“我们很幸运有非常有才华和敬业的学生，他们可以做这些具有挑战性的实验，”霍尔教授说，特别归功于该研究的主要作者Arthur Xiao。

更多信息： Y. Xiao 等人， 具有离散点群对称性的拓扑超流体缺陷， Nature Communications （2022）.DOI： 10.1038/s41467-022-32362-5

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