科学家揭开量子化涡旋运动的谜团 解释其与正常流体之间的相互作用 天天时快讯

(资料图片)

液氦-4在接近绝对零（-273°C）的低温下处于超流体状态，具有一种特殊的涡流，称为量子化涡流，源自量子力学效应。 当温度较高时，超流氦中同时存在法向流体，量子化涡流运动时，其与法向流体之间会产生相互摩擦。 然而，很难准确解释量子化涡旋如何与运动中的正常流体相互作用。

尽管物理学界已经提出了几种理论模型，但尚不清楚哪种模型是正确的。由大阪都立大学科学研究生院和南部洋一郎理论与实验物理研究所的 Makoto Tsubota 教授和特聘助理 Satoshi Yui 教授领导的研究小组与佛罗里达州立大学和庆应义塾大学的同事合作， 以数值方式研究了量子化涡旋与法向流体之间的相互作用。

根据实验结果，研究人员决定了几个理论模型中最一致的一个。 他们发现，考虑正常流体变化并包含理论上更准确的相互摩擦的模型与实验结果最相符。

平面以上量化涡旋环的可视化（绿色曲线），正常流体涡旋环（红色半圆）。资料来源：Makoto Tsubota, OMU

“这项研究的主题是量子化涡旋与正常流体之间的相互作用，自从我 40 年前开始在这一领域进行研究以来，一直是一个巨大的谜团，”坪田教授说道。 “计算的进步使得解决这个问题成为可能，我们佛罗里达州立大学的合作者出色的可视化实验取得了突破。 正如科学中经常发生的情况一样，技术的后续发展使得阐明这一问题成为可能，这项研究就是一个很好的例子。”

他们的研究结果于2023年5月23日发表在《自然通讯》杂志上。