В уране впервые обнаружены солитоны

Ученые Национальной лаборатории Лос-Аламоса совместно с зарубежными коллегами впервые получили экспериментальные доказательства существования солитонов в твердом теле. Это открытие внесет весомый вклад в развитие теоретической физики, а также, возможно, найдет практическое применение во многих областях науки и техники.

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 солитоны обнаружил и описал шотландский ученый Джон Скотт Рассел (John Scott Russell) в августе 1834 года. Рассел наблюдал эти волны на поверхности воды. В конце 1980-х 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.

В последнем выпуске Physical Review опубликованы результаты эксперимента по поиску солитонов, в котором принимали участие доктор Майкл Мэнли (Michael Manley) из лаборатории Лос-Аламоса, ученые из национальных лабораторий Окриджа (Oak Ridge) и Аргонна (Argonne), а также их зарубежные коллеги из Института трансурановых элементов в Карлсруэ, Германия, сообщает PhysOrg. В своих исследованиях ученые использовали явление рассеяния рентгеновских лучей при взаимодействии с нейтронами. Исследователи исходили 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.

«Результаты экспериментов поразили нас, — сообщил д-р 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».

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