Исследователи-инженеры визуализируют движение вихрей в сверхтекучей турбулентности

Нобелевский лауреат по физике Ричард Фейнман однажды назвал турбулентность «важнейшей нерешенной проблемой классической физики».


Понимание турбулентности в классических жидкостях, таких как вода и воздух, затруднено отчасти из-за сложности идентификации вихрей, вращающихся внутри этих жидкостей. Обнаружение вихревых трубок и отслеживание их движения может значительно упростить моделирование турбулентности.

Но эта задача проще в квантовых жидкостях, которые существуют при достаточно низких температурах, чтобы — которая имеет дело с физикой в ​​масштабе атомов или субатомных частиц — управляет их поведением.

В новом исследовании, опубликованном в Труды Национальной академии наукИсследователям из Университета штата Флорида удалось визуализировать вихревые трубки в квантовой жидкости. Эти открытия могут помочь исследователям лучше понять турбулентность в квантовых жидкостях и за ее пределами.

Слева направо: Вэй Го, доцент кафедры машиностроения инженерного колледжа FAMU-FSU, и Юань Тан, научный сотрудник Национальной лаборатории сильного магнитного поля, перед экспериментальной установкой. (Любезно предоставлено Вэй Го)

«Наше исследование не только потому, что оно расширяет наше понимание турбулентности в целом, но и потому, что оно может помочь в исследованиях различных физических систем, которые также включают в себя вихревые трубки, таких как и даже », — сказал Вэй Го, научный сотрудник. профессор машиностроения Инженерного колледжа FAMU-FSU и главный исследователь исследования.

Исследовательская группа изучала сверхтекучий гелий-4, квантовую , которая существует при чрезвычайно низких температурах и может бесконечно течь в узком пространстве без видимого трения.

Команда Гуо исследовала частицы-индикаторы, захваченные вихрями, и впервые наблюдала, что при появлении вихревых трубок они перемещались случайным образом и, в среднем, быстро удалялись от своей начальной точки. Смещение этих захваченных индикаторов, казалось, увеличивалось со временем намного быстрее, чем при обычной молекулярной диффузии — процессе, известном как супердиффузия.

Анализ того, что произошло, позволил им раскрыть, как скорости вихрей меняются с течением времени, что является важной информацией для статистического моделирования турбулентности квантовой жидкости.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments