Квантовая турбулентность

Квантовая турбулентность Квантовая турбулентность Турбулентность в квантовых жидкостях, таких как сверхтекучие жидкости, возникает из-за квантованных вихревых линий.   Идея о квантовой […]

Квантовая турбулентность

  • Квантовая турбулентность

    • Турбулентность в квантовых жидкостях, таких как сверхтекучие жидкости, возникает из-за квантованных вихревых линий.  
    • Идея о квантовой турбулентности была предложена Ричардом Фейнманом.  
  • Свойства квантовых жидкостей

    • Квантовые жидкости существуют при температурах ниже критической температуры конденсации Бозе-Эйнштейна.  
    • Примеры квантовых жидкостей: сверхтекучий гелий, конденсаты Бозе-Эйнштейна, поляритонные конденсаты и ядерная паста.  
  • Сверхтекучесть

    • Сверхтекучесть возникает из-за дисперсионного соотношения элементарных возбуждений.  
    • Жидкости, проявляющие сверхтекучесть, текут без вязкости.  
    • Ландау предсказал, что при превышении критической скорости тепловые возбуждения испускаются, и жидкость перестает быть сверхтекучей.  
  • Квантованная циркуляция

    • Квантованная циркуляция возникает из-за сложной макроскопической волновой функции.  
    • Скорость и плотность жидкости могут быть восстановлены по волновой функции.  
    • Циркуляция определяется как линейный интеграл по замкнутому пути внутри жидкости.  
  • Свойства вихревых линий

    • Вихревые линии — это дефекты топологических линий фазы.  
    • Размер вихревого ядра варьируется в зависимости от квантовой жидкости.  
    • Вихри подчиняются классической теореме Кельвина о циркуляции.  
  • Волны Кельвина и вихревые пересоединения

    • Вихри поддерживают волны Кельвина, которые отклоняются от прямолинейной конфигурации.  
    • Вихри могут взаимодействовать друг с другом, что приводит к изменению топологии конфигурации.  
  • Вихревая решетка

    • Вихревые решетки — это упорядоченные конфигурации вихревых линий.  
    • Критическая скорость для появления вихревой решетки зависит от радиуса сосуда и размера вихревого ядра.  
  • Состояния с большим количеством вихрей

    • Вихри выстраиваются в упорядоченные конфигурации при превышении критических скоростей.  
    • Вихревые решетки формируются при дальнейшем увеличении вращения.  
  • Двухжидкостная теория Тисы и Ландау

    • При ненулевой температуре гелий II состоит из сверхтекучей и обычной жидких компонентов.  
    • При малых скоростях уравнения описывают сохранение массы и энтропии.  
  • Классическая и квантовая турбулентность

    • Квантовая турбулентность — это случайное переплетение вихревых линий.  
    • Классическая турбулентность — это турбулентность классических жидкостей, наблюдаемая в потоках.  
  • Энергетический каскад Колмогорова

    • В классических жидкостях энергетический спектр имеет форму k^-5/3.  
    • В квантовых жидкостях энергетический спектр также имеет форму k^-5/3, но с другой константой C.  
  • Эксперименты и численное моделирование

    • Эксперименты подтверждают энергетический спектр Колмогорова в квантовых жидкостях.  
    • Численное моделирование подтверждает эффект энергетического каскада Колмогорова.  
  • Затухание квантовой турбулентности

    • Квантовая турбулентность затухает даже при очень низких температурах.  
  • Волновой каскад Кельвина

    • Волны Кельвина взаимодействуют и создают более короткие волны, которые рассеивают энергию.  
    • Процесс называется волновым каскадом Кельвина и распространяется на отдельные вихри.  
    • Низкотемпературная квантовая турбулентность состоит из двойного каскада: режима Колмогорова и каскада волн Кельвина.  
  • Турбулентность Винена

    • Турбулентность Винена возникает при низких энергозатратах и предотвращает образование крупномасштабных структур.  
    • Энергетический спектр достигает максимума на промежуточных уровнях, а не в больших масштабах.  
    • Турбулентность Винена проявляется как почти полностью случайный поток с слабым энергетическим каскадом.  
  • Затухание квантовой турбулентности

    • Турбулентность Колмогорова затухает быстрее, чем турбулентность Винена.  
    • Энергия затухает по мере t-1, а плотность вихревых линий по мере t-1.  
  • Турбулентность в атомных конденсатах

    • Турбулентность в атомных конденсатах изучена недавно и содержит меньше вихрей.  
    • Численное моделирование показывает, что турбулентность более вероятна в режиме Винена.  
  • Генерация и обнаружение квантовой турбулентности

    • Физическая генерация квантовой турбулентности включает внезапное перемещение сетки, перемещение жидкости, вращение пропеллеров, создание ударных волн и кавитации.  
    • Обнаружение квантовой турбулентности включает измерение затухания вторых звуковых волн, градиентов температуры или давления, ионов, захваченных вихрями, и использование трассирующих частиц.  
    • В 3He-B и атомарных конденсатах квантовая турбулентность может быть обнаружена ядерным магнитным резонансом и рассеянием тепловых квазичастиц.  

Полный текст статьи:

Квантовая турбулентность

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх