Physics of quantized vortices and "new" superfluid turbulence

量子化涡旋和“新”超流体湍流物理学

• 批准号: 17071008
• 负责人: TSUBOTA Makoto
• 金额: $ 39.1万
• 依托单位: Osaka City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17071008/
• 关键词: 超流動ヘリウム; ボース・アインシュタイン凝縮; 量子乱流; 量子渦; 位相欠陥; 量子流体力学; 乱流; 二流モデル; 二流体モデル; 紹流動ヘリウム; 2流体モデル; 超流動乱流

We study theoretically and experimentally quantum hydrodynamics in quantum condensed phases at low temperature, namely superfluid helium and atomic Bose-Einstein condensates (BECs). Quantum turbulence (QT) is a main topic in the studies of superfluid helium, in which the energy spectrum is shown numerically to obey the Kolmogorov law that is the most important statistical law in turbulence. The experiments using vibrating wires reveal the transition to QT free from remnant vortices, which was consistent with the numerical simulation using the vortex filament model. For atomic BECs, we study theoretically and numerically various kinds of hydrodynamic instability caused by topological defects (quantized vortices). Using two combined precessions, we show that QT can be created in this system too.

我们从理论上和实验上研究低温量子凝聚相中的量子流体动力学，即超流氦和原子玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）。量子湍流（QT）是超流氦研究的一个主要课题，其能谱在数值上显示服从柯尔莫哥洛夫定律，这是湍流中最重要的统计定律。使用振弦的实验揭示了向 QT 的过渡没有残余涡流，这与使用涡丝模型的数值模拟一致。对于原子BEC，我们从理论上和数值上研究了由拓扑缺陷（量子化涡旋）引起的各种流体动力学不稳定性。使用两个组合进动，我们表明 QT 也可以在该系统中创建。

项目成果

Kolmogorov spectrum of superfluid turbulence: Numerical analysis of the Gross-Pitaevskii equation with a small-scale dissipation

• DOI: 10.1103/physrevlett.94.065302
• 发表时间: 2005-02-18
• 期刊: PHYSICAL REVIEW LETTERS
• 影响因子: 8.6
• 作者: Kobayashi, M;Tsubota, M
• 通讯作者: Tsubota, M

Twisted vortex state

扭曲涡旋状态

• 发表时间: 2006
• 期刊: Phys.Rev.Lett. 96
• 作者: V.B.Eltsov;A.P.Finne;R.Hanninen;J.Kopu;M.Krusius;M.Tsubota;E.V.Thuneberg
• 通讯作者: E.V.Thuneberg

Turbulence in boundary flow of superfluid 4He triggered by free vortex rings

• DOI: 10.1103/physrevlett.100.045301
• 发表时间: 2008-02-01
• 期刊: PHYSICAL REVIEW LETTERS
• 影响因子: 8.6
• 作者: Goto, R.;Fujiyama, S.;Hata, T.
• 通讯作者: Hata, T.

量子乱流-超流動ヘリウムから原子気体ボース・ボースアインシュタイン凝縮体まで-

量子湍流 - 从超流氦到原子气体玻色-玻色-爱因斯坦凝聚态 -

• 发表时间: 2007
• 作者: N.Kobavashi;T.Ozaki;K.Hirose;H.Kiuchi;坪田誠
• 通讯作者: 坪田誠

超流動^4Heにおける量子乱流転移

超流体中的量子湍流转变^4He

• 发表时间: 2009
• 作者: H.Yano;A.Handa;H.Nakagawa;M.Nakagawa;K.Obara;O.Ishikawa;T.Hata;Hajime Kobayashi;久我健太郎;矢野英雄;矢野英雄
• 通讯作者: 矢野英雄