Совершен прорыв в понимании квантовой турбулентности

Исследователи показали, как энергия исчезает в квантовой турбулентности, что открывает путь к лучшему пониманию турбулентности в масштабах от микроскопических до планетарных.

Доктор Самули Аутти из Ланкастерского университета является одним из авторов нового исследования квантовой волновой турбулентности совместно с исследователями из Университета Аалто.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Physics, демонстрируют новое понимание того, как волнообразное движение переносит энергию с макроскопических на микроскопические расстояния, и их результаты подтверждают теоретическое предсказание о том, как энергия рассеивается на малых масштабах.

Доктор Аути сказал:

Это открытие станет краеугольным камнем физики больших квантовых систем.

Квантовую турбулентность в больших масштабах — например, турбулентность вокруг движущихся самолетов или кораблей — трудно смоделировать. В малых масштабах квантовая турбулентность отличается от классической турбулентности тем, что турбулентный поток квантовой жидкости ограничен вокруг линейных центров потока, называемых вихрями, и может принимать только определенные, количественные значения.

Благодаря такой гранулярности квантовую турбулентность значительно легче отразить в теории, и обычно считается, что освоение квантовой турбулентности поможет физикам понять и классическую турбулентность.

В будущем более глубокое понимание турбулентности, начиная с квантового уровня, может позволить улучшить инженерные решения в областях, где поток и поведение жидкостей и газов, таких как вода и воздух, является ключевым вопросом.

Ведущий автор исследования доктор Йере Мякинен из Университета Аалто сказал:

Наше исследование основных структурных элементов турбулентности может помочь указать путь к лучшему пониманию взаимодействия между различными масштабами длины в турбулентности.

Понимание этого в классических жидкостях поможет нам сделать такие вещи, как улучшение аэродинамики транспортных средств, более точное предсказание погоды или управление потоками воды в трубах. Существует огромное количество потенциальных реальных применений для понимания макроскопической турбулентности.

Доктор Аути сказал, что квантовая турбулентность является сложной проблемой для ученых.

В экспериментах образование квантовой турбулентности вокруг одного вихря оставалось неуловимым в течение десятилетий, несмотря на то, что целая область физиков, работающих над квантовой турбулентностью, пыталась найти ее. Сюда входят люди, работающие над сверхтекучими жидкостями и квантовыми газами, такими как атомные конденсаты Бозе-Эйнштейна (BEC). Теоретический механизм, лежащий в основе этого процесса, известен как каскад волн Кельвина.

В настоящей рукописи мы показываем, что этот механизм существует и работает так, как теоретически предполагалось. Это открытие станет краеугольным камнем физики больших квантовых систем.

Группа исследователей под руководством старшего научного сотрудника Владимира Ельцова изучала турбулентность в изотопе гелия-3 в уникальном вращающемся ультранизкотемпературном холодильнике в Лаборатории низких температур в Аалто. Они обнаружили, что на микроскопических масштабах так называемые волны Кельвина действуют на отдельные вихри, постоянно перебрасывая энергию на все более мелкие масштабы, что в конечном итоге приводит к масштабу, на котором происходит диссипация энергии.

Доктор Йере Мякинен из Университета Аалто сказал:

Вопрос о том, как энергия исчезает из квантованных вихрей при сверхнизких температурах, имеет решающее значение для изучения квантовой турбулентности. Наша экспериментальная установка — это первый случай, когда теоретическая модель волн Кельвина, передающих энергию диссипативным масштабам длины, была продемонстрирована в реальном мире.

Следующая задача команды — манипулировать одним квантованным вихрем с помощью наноустройств, погруженных в сверхтекучую жидкость.

16.03.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Journal of Experimental Child Psychology: Не спеши языком, торопись делом
Journal of Experimental Child Psychology: Не спеши языком, торопись делом
Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека
Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека
EHJ-DH: Инструмент на основе ИИ успешно предсказывает фатальный сердечный ритм
EHJ-DH: Инструмент на основе ИИ успешно предсказывает фатальный сердечный ритм
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
Current Biology: У бенгальских кошек в ДНК лишь несколько процентов от леопарда
Current Biology: У бенгальских кошек в ДНК лишь несколько процентов от леопарда
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
Ученые предложили способ узнать, когда именно появляется сознание у младенцев
Ученые предложили способ узнать, когда именно появляется сознание у младенцев
Воздействие табака до рождения повышает риск развития диабета 2 типа у взрослых
Воздействие табака до рождения повышает риск развития диабета 2 типа у взрослых
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода
Chem: Имплантируемые батареи могут работать на собственном кислороде организма
Chem: Имплантируемые батареи могут работать на собственном кислороде организма
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах
NMI: Создана модель ИИ для разработки новых антибиотиков против супербактерий
NMI: Создана модель ИИ для разработки новых антибиотиков против супербактерий
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов
Низкий социальный статус повышает риск проблем со здоровьем из-за алкоголизма
Низкий социальный статус повышает риск проблем со здоровьем из-за алкоголизма

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса