在與慶應義塾大學(由大阪市立大學研究生 Yui 和 Makoto Tsubota 教授領導的研究小組)的聯合研究中,隨著在極低溫條件下產生的量子湍流的發展,正常流體的速度分佈發生了很大的變形. 我發現了。據說這是一個非常接近解釋湍流的結果,這是數百年來一直是個謎。

 在自然界中,存在許多“湍流”,其中氣體和液體的流動受到復雜的擾動。大約 500 年前,達芬奇畫了一幅湍流的草圖,並推測“湍流由漩渦組成”。然而,迄今為止,湍流的機理和特徵還沒有完全闡明。

 已經報導了當物質變得極低的溫度時金屬的電阻變為零的“超導性”,以及在流體中液體的粘度變為零的“超流動性”。已知在液氦中觀察到的超流體現象受量子力學支配。

 理論物理學家朗道提出了一種“雙流體模型”,其中將失去粘性的超流體和具有粘性的正常流體混合在一起,以產生這種超流體現象。雙流體模型極大地促進了低溫物理學中各種現象的闡明。另一方面,以量子渦旋的變形和輸運表示的超流體和無間隙地填充空間的正常流體(例如水)是異質的和復雜的,因此仍然無法通過計算來解釋實驗結果。

 研究小組通過將表示超流體運動的量子渦旋的方程與數學公式和表示正常流體流動的方程(納維-斯托克斯方程)相結合,進行大規模數值計算。其結果是,世界上第一次表明,當量子渦旋增長並產生蓬鬆的量子湍流時,正常流體的速度分佈會發生很大的變形。這驗證了達芬奇的想法。

 預計這一成就將導致更複雜的流體和湍流行為的演示,並最終闡明湍流現象。

論文信息:[物理評論快報]超流體4He中二流體模型的三維耦合動力學:熱逆流中正常流體的變形速度剖面

慶應義University大學

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