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

EHJ-DH: Инструмент на основе ИИ успешно предсказывает фатальный сердечный ритм
EHJ-DH: Инструмент на основе ИИ успешно предсказывает фатальный сердечный ритм
Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека
Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека
Chem: Имплантируемые батареи могут работать на собственном кислороде организма
Chem: Имплантируемые батареи могут работать на собственном кислороде организма
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
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 MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
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
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода
Воздействие табака до рождения повышает риск развития диабета 2 типа у взрослых
Воздействие табака до рождения повышает риск развития диабета 2 типа у взрослых
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
Низкий социальный статус повышает риск проблем со здоровьем из-за алкоголизма
Низкий социальный статус повышает риск проблем со здоровьем из-за алкоголизма
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи

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