用方程的數值積分研究環泵浦極化激子凝聚體中多重帶電量子渦旋的自發形成。(3)和(4)。密度(上一行)和相(下一行)的快照顯示了凝析油形成的不同階段。為了清晰起見，每個密度剖面都被調整為單位最大值。泵浦剖面以黑色疊加(單位為P)，顯示泵浦與凝析油之間的空間分離。(a)在凝結物形成之初，由于泵浦的幾何形狀，物質波幹涉導緻波函數中的環形零。(b)這些環奇點是不穩定的，而不是動态不穩定的，變得不對稱，并且可以觀察到随着凝析體的繼續發展而分裂成更穩定的單位渦。(c)在環泵内，冷凝物幾乎均勻地充滿一個盤狀區域，但剩餘的漩渦相互作用混亂。渦流湍流最終會衰變，留下淨拓撲電荷[48,49]。在不同的随機初始條件下重複這些模拟，最終渦度的大小和符号會發生變化。

把浴缸裡的水放幹或者把奶油攪拌到咖啡裡的人都見過漩渦，當液體循環時，漩渦無處不在。但與水不同的是，受量子力學奇怪規則支配的流體有一個特殊的限制:正如後來的諾貝爾獎得主拉斯·昂薩格(Lars Onsager)在1945年首次預測的那樣，量子流體中的漩渦隻能以整數單位旋轉。

據預測，這些旋轉結構将廣泛應用于從量子系統到黑洞的一切研究。但是，雖然在許多系統中已經看到了最小的可能的量子渦旋，隻有一個旋轉單位，但更大的渦旋并不穩定。當科學家們試圖迫使更大的渦旋聚集在一起時，結果是混合的:當渦旋形成時，所使用的方法的嚴重性通常破壞了它們的有用性。

現在，劍橋大學的Samuel Alperin和Natalia Berloff教授發現了一種理論機制，通過這種機制，巨大的量子渦旋不僅穩定，而且在幾乎均勻的流體中自行形成。發表在《光學》(Optica)雜志上的這一發現可能為實驗鋪平道路，該實驗可能提供對旋轉黑洞本質的洞悉，這些黑洞與巨大的量子渦旋有相似之處。

為了做到這一點，研究人員使用了光和物質的量子混合，稱為偏振子。這些粒子是通過激光照射到特殊的層狀材料上形成的。“當光線被困在層中,光和物質變得密不可分,它變得更加實際看得到的物質的東西是不同的從光或物質,而繼承的屬性,“Alperin說,博士生在劍橋大學應用數學和理論物理。

偏振子最重要的特性之一來自一個簡單的事實:光不能永遠被捕獲。一種需要高密度外來粒子的偏振子流體，不斷地發出光，需要激光提供新鮮的光才能存活。“結果，”阿爾佩林說，“是一種永遠不允許沉澱的流體，它不需要遵守通常的物理基本限制，比如能量守恒。”在這裡，能量可以作為流體動力學的一部分而改變。”

研究人員正是利用了這些不斷流動的液體光來形成難以捉摸的巨大漩渦。新的建議不是将激光照射在極化激元流體上，而是讓它的形狀像一個圓環，像水流向浴缸排水管那樣不斷地向内流動。根據該理論，這種流動足以将任何旋轉集中成一個巨大的漩渦。

阿爾佩林說:“巨大的漩渦真的可以存在于他們的研究和技術使用的條件下，這是相當令人驚訝的，但實際上，這隻是表明了極化子的流體動力學與更深入研究的量子流體是多麼截然不同。”這是令人興奮的領土。”

研究人員說，他們對巨型量子渦旋的研究才剛剛開始。他們能夠模拟幾個量子渦旋的碰撞，當它們以不斷增加的速度圍繞着彼此跳舞，直到它們碰撞形成一個類似于黑洞碰撞的巨型渦旋。他們也解釋了在探索漩渦行為的複雜物理時限制漩渦最大尺寸的不穩定性。

阿爾佩林說:“這些結構有一些有趣的聲學特性:它們的聲學共振依賴于它們的旋轉，所以它們有點像在唱有關自己的信息。”“從數學上講，這很類似于旋轉的黑洞輻射自身屬性信息的方式。”

研究人員希望這種相似性可以為量子流體動力學理論帶來新的見解，但他們也表示，極化子可能是研究黑洞行為的有用工具。

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