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 ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ

Образовательное пространство Технологическое м...

Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм

Магнитные материалы традиционно классифицируют...

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

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...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов

Новости компаний, релизы

Московский вуз готовит профессионалов для защиты учебных заведений
Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Московский Политех и ведущие российские компании запускают 79 практико-ориентированных образовательных программ
Студенты Университета МИСИС выиграли 2.8 млн рублей в хакатоне «Лидеры цифровой трансформации»
U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред