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

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 ...

Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло
Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло

Если проникнуть глубоко-глубоко под повер...

Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак
Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак

Загрязнения, извергаемые бурно развивающейся м...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть

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