Впервые зарегистрированы солитоны в твердых телах

Группа исследователей из Лос-Аламосской национальной лаборатории (Los Alamos National Laboratory), Окриджской национальной лаборатории (Oak Ridge National Laboratory), Аргоннcкой национальной лаборатории (Argonne National Laboratory) (США) и Института трансурановых элементов (Institute for Transuranium Elements) в Карлсруэ (Германия) под руководством Майкла Мэнли (Michael Manley) впервые получили экспериментальные доказательства существования солитонов в твердом теле, предсказанного ранее теоретиками. Солитоны были зарегистрированы в кристаллической решетке металлического урана. Об этом сообщает статья авторов открытия в Physical Review Letters.

Исследователи использовали явление рассеяния рентгеновских лучей при взаимодействии с нейтронами, исходя из предположения, что осцилляции, расположенные случайным образом в кристаллической решетке урана при высокой температуре (солитоны кристаллической решетки), вызваны, скорее всего, сильными взаимодействиями электронов с протонами, пишут C-News.

«Результаты экспериментов поразили нас, – рассказал доктор Мэнли. – Несмотря на то, что концепция волны с локализованной энергией известна с конца XIX века, когда были открыты солитоны, а теория их возникновения в твердых телах разработана более 20 лет назад, никто не предполагал, что они будут играть такую важную роль в физических свойствах металлического урана, – это было полной неожиданностью».

Солитоны – структурно устойчивые, так называемые уединенные волны, распространяющиеся в нелинейной среде. Солитоны ведут себя подобно частицам (частицеподобная волна): при взаимодействии друг с другом или с другими возмущениями они не разрушаются, а расходятся, сохраняя свою структуру неизменной.

Впервые волны такого типа обнаружил и описал шотландский ученый Джон Скотт Рассел (John Scott Russell) в августе 1834 года, налюдавший их на поверхности воды. В конце 1980-ых годов была разработана теоретическая модель, согласно которой солитоны могут существовать в твердых телах, однако до сих пор ученым не удавалось получить экспериментальное подтверждение этой теории.

Открытие имеет важное значение для физики твердого тела и, в частности, для изучения свойств урана. Кроме того, оно поможет объяснить роль солитонов в биологических процессах. Полученная информация послужит также основой для разработки новейших приборов, использующих этот вид волн.