Физики создали долгожданную электромагнитную вихревую пушку

Фото из открытых источников

Кольца ортекса довольно крутые, а электромагнетизм еще круче. Теперь команда физиков нашла способ объединить два явления, создав электромагнитную вихревую пушку. Исследование опубликовано в журнале Applied Physics Reviews.

В жидкостях (включая газы) вихревые кольца могут создаваться благодаря силам трения, когда струя движется через жидкость с более высокой скоростью, чем окружающая жидкость. Вихревые пушки могут использоваться для создания этих мгновенных разностей давления, которые приводят к вихревому кольцу , хотя они также встречаются в природе в достаточном количестве.

«Формируется градиент скорости, который заставляет внутренние слои вращаться вокруг внешних слоев, образуя кольцевой вихрь», — поясняется в статье на эту тему. «Этот процесс происходит за десятые доли секунды, поэтому кольцо импульсивно выбрасывается в воздушную область. Благодаря собственному импульсу, тепловой плавучести и инерции вращающейся жидкости вихревое кольцо поднимается вверх в атмосфере. По мере того, как кольцо поднимается, оно замедляется и охлаждается из-за процессов диффузии и теплопередачи с окружающим воздухом».

Хотя это и весело, но немного электромагнетизма не помешало бы. В 1996 году физики Р. В. Хеллварт и П. Нучи предложили решение уравнений Максвелла, в котором можно было создавать « сфокусированные импульсы пончиков » или просто «летающие пончики» и распространять их в свободном пространстве.

Хотя они и интересны, с потенциальным использованием в области связи и беспроводной технологии, электромагнитные вихри – или пончики для голодных – никогда не наблюдались до сих пор. И когда их наблюдали, как и их неэлектромагнитные аналоги, они были на удивление устойчивы.

«Здесь мы сообщаем, что микроволновые тороидальные импульсы могут быть запущены переходным широкополосным рупорным антенным излучателем с конечной апертурой, как электромагнитный аналог «воздушной вихревой пушки», — пояснила международная группа в своем недавнем исследовании. «Применяя этот эффективный генератор, мы экспериментально отображаем топологические скирмионные текстуры тороидальных импульсов в свободном пространстве и демонстрируем их устойчивую динамику распространения, то есть то, как во время распространения импульсы эволюционируют в сторону более сильной пространственно-временной неразделимости и большей близости к каноническим тороидальным импульсам Хеллварта–Нучи».

Этот процесс, хотя и немного усложненный из-за добавления электромагнетизма, чем-то похож на создание вихревых колец.

«Принцип заключается в использовании сверхширокополосных, радиально поляризованных, конических коаксиальных рупорных антенн для создания вращающейся структуры электромагнитной волны», — пояснила команда в заявлении. «Когда антенна излучает, она генерирует мгновенную разницу давления, которая формирует эти вихревые кольца, сохраняющие свою форму и энергию на больших расстояниях. Уникальность этого метода заключается в его способности производить электромагнитные импульсы со сложными топологическими характеристиками, такими как скирмионы, которые демонстрируют замечательную устойчивость и свойства самовосстановления во время распространения».

Иногда то, что делают ученые, просто круто ради крутости, с небольшим очевидным применением, но не здесь. Спектры и поляризационные характеристики вихревых колец означают, что их можно использовать для переноса большего количества информации, чем могут переносить традиционные волны, по словам команды, что потенциально делает их идеальными для следующего поколения сетей связи, а также предлагает новые способы передачи и кодирования данных.

«Более того, их способность сохранять структурную целостность даже при наличии экологических возмущений позиционирует их как ценные инструменты в дистанционном зондировании и обнаружении целей», — добавляет команда. «Анализируя уникальные закономерности этих вихревых импульсов, мы можем разработать более точные и надежные методы обнаружения и определения местоположения объектов, будь то в оборонных системах или при исследовании космоса».

Конечно, их будет больше, но пока можно порадоваться тому, что у нас наконец-то есть долгожданная электромагнитная вихревая пушка.