新的研究解释了量子化漩涡和正常流体之间的相互作用

平面上方量化旋涡环的可视化(绿色曲线)，正常流体旋涡环(红色半圆)。来源:Makoto Tsubota, OMU

大阪城市大学的科学家们用数值方法研究了量子化涡流和正常流体之间的相互作用。根据实验结果，研究人员确定了几个理论模型中最一致的一个。他们发现，一个能解释正常流体变化并包含理论上更精确的相互摩擦的模型与实验结果最吻合。

液态氦-4在接近绝对零度(-273°C)的低温下处于超流体状态，它有一个特殊的漩涡，叫做量子化漩涡，起源于量子力学效应。

当温度较高时，超流氦中正常流体同时存在，量子化涡旋运动时，与正常流体发生相互摩擦。然而，很难精确地解释量子化漩涡如何与运动中的正常流体相互作用。虽然已经提出了几种理论模型，但尚不清楚哪种模型是正确的。

由大阪城市大学科学研究生院和南部Yoichiro理论与实验物理研究所的Makoto Tsubota教授和特别任命助理教授Satoshi Yui领导的一个研究小组，分别与佛罗里达州立大学和庆应义塾大学的同事合作，对量子化漩涡和正常流体之间的相互作用进行了数值研究。

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，一个能解释正常流体变化并包含理论上更精确的相互摩擦的模型与实验结果最吻合。

“这项研究的主题，量子化漩涡和正常流体之间的相互作用，自从我40年前开始研究这个领域以来，一直是一个很大的谜团，”Tsubota教授说。“计算技术的进步使得处理这个问题成为可能，我们在佛罗里达州立大学的合作者进行的出色的可视化实验带来了突破。就像科学中经常出现的情况一样，技术的后续发展使得阐明它成为可能，这项研究就是一个很好的例子。”

他们的研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

更多资料:唐元等，超流氦中量子化涡环成像的量子耗散评估，自然通讯(2023)。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 38787 - w

期刊信息:自然通讯