Если капля сливок падает с ложки в бурлящей чашку кофе, водоворот тащит падение во вращение. Но что было бы, если бы кофе не имел никакого трения … нет надо зайти в синхронное вращение?
Сверхтекучие жидкости-также называемые квантовые жидкости — появляются в широком спектре систем и приложений. Например, космологические сверхтекучие жидкости сливаются друг с другом во время слиянием нейтронных звезд, и ученые используют сверхтекучего гелия для охлаждения магнитно-резонансная томография (МРТ) машины.
Жидкости обладают уникальными и полезными свойствами, которые регулируются квантовой механики — основы обычно используется, чтобы описать мир очень малых. За сверхтекучестью, однако, эти квантово-механические свойства доминировать на больших, макроскопических масштабах. Например, сверхтекучестью отсутствие вязкости, своего рода внутреннего трения, что позволяет жидкости сопротивляться и причиной движения.
Этот недостаток гранты вязкости жидкости необычными способностями, как свободно путешествуя по трубам без потери энергии или оставаясь внутри вращающегося контейнера. Но когда речь идет о вращательном движении, ученые пытались понять, как вращающийся сверхтекучестью передачи углового момента-качество, что говорит, как быстро жидкость будет вращаться.
В недавнем исследовании, ученые из Департамента энергетики США (МЭ США) Аргоннской национальной лаборатории совместно с учеными из Национальной высокой лаборатории магнитного поля (сайт MagLab) в Таллахасси, штат Флорида, и Университета Осаки в Японии, чтобы выполнить предварительное компьютерное моделирование слияния вращающийся сверхтекучестью, открывая своеобразный штопор-образный механизм, который приводит во вращение жидкости без вязкости.
Когда вращающаяся капля падает в пруд, вязкости позволяет опускаться до езды на окружающие воды во вращение, создавая вихри или вихревые токи в процессе. Этот вязкого сопротивления уменьшает разницу в движении между двумя телами. Сверхтекучей жидкости, однако, позволяет эту разницу.
«Атомы остаться примерно в том же месте, когда сверхтекучие жидкости передачи углового момента, в отличие от вихревых токов в классических жидкостей», — сказал Dafei Джин, научный сотрудник Центра Аргонна для наноразмерных материалов (УНМ), офис ДОУ научно пользователя объекта. «А не через конвекцию частиц, это более эффективно, чтобы атомы сверхтекучего переноса импульса на основе квантово-механических взаимодействий.»
Эти квантово-механических взаимодействий порождают гипнотически, выставлены в симуляторах команды выполняются с помощью компьютерных кластеров углерода в НСЖ. Ученые моделировали слияние вращающейся и неподвижной капли сверхтекучее состояние вещества называется конденсатом Бозе-Эйнштейна (бэк).
«Мы решили смоделировать Бозе-эйнштейновских конденсатов, потому что они относительно общей системы сверхтекучей жидкости, которые отображают характеристики, общие для различных других квантовых жидкостей», — сказал Вэй Гуо, профессор Университета штата Флорида (БСС) и исследователь на сайт MagLab.
Тошиаки Канай, аспирант го в отделе физики Советского Союза, руководил проектированием моделирования, в котором модель взаимодействия двух ОЦК падает с момента, когда они вступают в контакт, пока они полностью сливаются. Цубота Макото, профессор Университета города Осака и эксперта в области квантовой симуляции жидкости, также внес вклад в разработку проекта и интерпретации результатов.
«Мы были особенно удачны для работы с Dafei Джин в НСЖ, кто помог нам решить многие технические проблемы», — сказал Гуо, долгое время сотрудничавшего с Джин», — и аргон имеет кластеры компьютеров и других вычислительных ресурсов, что позволило нам качественно выполнять моделирование много раз в разных условиях получить систематические результаты.»
Как капли сближены друг с другом, форма штопор спонтанно появляется и распространяется в обе капли, увеличиваясь в размерах и влиянии до двух капель смешиваются и вращаются с одинаковой скоростью.
«Он не просто похож на штопор-его функциональность похожа, тоже», — сказал Цзинь. «Он передает вращательный момент на скручивание в образцах, заставляя их ускорить или замедлить их вращение.»
Результат моделирования применима ко многим лаборатории бэк системы различных размеров, от десятков нанометров до сотен микрон, или миллионных долей метра. Результаты также справедливы для больших систем сверхтекучей. Несмотря на различия в масштабах всей сверхтекучей системы имеют общие фундаментальные свойства, связанные с их квантовой природой.
«Хотя мы ориентировались на очень маленькой системы, результаты общего», — сказал Гуо. «Понимание, мы получили в том, как эти взаимодействия происходят может помочь физикам информировать моделей систем из атомов наноразмерных ультрахолодных в космологических масштабах сверхтекучестью в астрофизических систем».
Например, сверхтекучий гелий может существовать в сантиметр и Весы метра, и becs в нейтронных звездах может быть, хорошо, астрономических размеров. Когда нейтронных звезд сольются, они действуют как два очень больших, вращающихся сверхтекучих капель в некоторых отношениях, и это открытие механизма штопор мог сообщить астрофизических моделей этих слияний.
Ученые надеются проверить их теоретическое открытие механизма штопора через эксперимент. Квантовых жидкостей имеют реализации в системах холодных атомов, сверхтекучие жидкости, сверхпроводники и больше, и фундаментальная наука исследования их поведения будет способствовать развитию применения этих систем.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!