Через 100 років після того, як вчені озвучили можливість зав'язування води в вузли, фізики придумали і здійснили подібний експеримент в лабораторії. На окрему увагу заслуговує спосіб, за допомогою якого дослідники змогли визначити, що власне відбувається в рідини.
Вперше про пов'язаних "кільцевих вихорах" в 1860-х роках заговорив лорд Кельвін. Він припустив, що атоми являють собою своєрідні торнадо, скорочення в замкнуті петлі і зав'язані навколо самих себе. У поданні Кельвіна весь простір пронизувала якась рідина - ефір. У ній кожен атом був якийсь вузол.
Звичайно, створити вузол з води, м'яко кажучи, не так просто, як з шнурка для черевик, зазначають фізики університету Чикаго Дастін Клекнер (Dustin Kleckner) і Вільям Ірвін (William Irvine). Хоча б тому, що подібні вузли не мають початку і кінця як шнурок. Найпростіші приклади подібних структур: вузол трилисник і зв'язок Хопфа (Hopf link).
Для того щоб зв'язати в подібний вузол водяний потік, необхідно скрутити його в певній галузі рідини. Клекнер і Ірвін створили подібні структури в воді за допомогою надрукованих на 3D-принтері моделей вузлів, які на зрізі мали форму крила літака або підводного крила.
Багатьом відомо, що крило літака змушує потоки повітря в атмосфері обертатися, закручуватися в вигляді вихорів. Завдяки тим, що відбувається при цьому процесам з'являється підйомна сила, яка змушує літак злітати в небо. Коли ж крило починає різко зупинятися, утворюються два вихору, які розкручуються в протилежних напрямках.
Американські дослідники помістили свої пластикові моделі вузлів в бак з водою і додали їм раптове прискорення для створення зав'язаною структури.
Але як перевірити, що в реальності фізики отримали саме те, що хотіли? Проявити вузли в воді допоміг особливий метод візуалізації. Зазвичай для розуміння, як рухаються потоки в рідини, вчені використовують фарбувальні речовини. Ірвін і Клекнер ввели в систему маленькі бульбашки газу, які прямували до центру зав'язаного вихору виштовхує силами, виробленими рухом пластикових заготовок.
Високошвидкісний лазерний сканер, який робив знімки рідини 76 тисяч раз в секунду, допоміг вченим зрозуміти, як рухалися бульбашки. Реконструювавши відбувається, фізики побачили і вузли. Надалі вчені хочуть спробувати створити з води більш складні структури.
Останнє дослідження, на його думку, робить абстрактні міркування про фізичні процеси за участю вузлів в ідеї, які можна буде перевірити в лабораторних умовах.
"Зав'язані в вузли вихрові потоки - ідеальна модельна система, що дозволяє нам у всіх подробицях вивчити самостійне розплутування вузлів в реальних фізичних процесах", - говорить Ірвін.
Додамо, що в даному випадку мова йде не стільки про більш зрозумілих для звичайного человекападающіх мотузках, спагетті і ллється мед або русі волосся в кінському хвості. Мова про більш складні процеси. Пов'язані вихори присутні в різних областях фізики. Так вчені, які вивчають елементарні частинки, припустили, що глюболи (glueball) - гіпотетичні агломерати глюонів - частинок, що зв'язують кварки для освіти фотонів і нейтронів, - являють собою щільно зав'язані квантові поля.
Крім того, нещодавно астрономи показали, що розслабляються ( "розв'язуються") зав'язані магнітні поля, які можуть відповідати за перенесення тепла в сонячну корону або зовнішню атмосферу світила. Цей процес пояснює, чому плазма в цій області зірки набагато гарячіша, ніж на поверхні.
Розробка фізиків з Чикаго також допоможе зрозуміти надпровідність, надтекучість рідини і поведінку рідких кристалів.