量子涡环的运动与衰变：超流氦中量子消散

发布时间：2023-07-24 14:09:46 所属栏目：外闻来源：

导读：什么是超流氦和量子化涡环？

首先，让我们回顾一下什么是超流氦和量子化涡环。超流氦是一种在低温下出现的奇特的物质状态，它具有零粘度和无穷大的导热性。这意味着它可以无阻力地流动，并且可以快速地传递热量。

什么是超流氦和量子化涡环？

首先，让我们回顾一下什么是超流氦和量子化涡环。超流氦是一种在低温下出现的奇特的物质状态，它具有零粘度和无穷大的导热性。这意味着它可以无阻力地流动，并且可以快速地传递热量。超流氦可以被看作是由两种互相混合的流体组成：一种是无粘性的超流体，由玻色子（如氦-4原子）形成；另一种是有粘性的正常流体，由热准粒子（如声子、激发态原子等）形成。

要观察和测量超流氦中的量子化涡环并不容易，因为它们通常是不可见且非常微小（直径在微米到毫米级别）的。论文作者们使用了一种巧妙的方法，就是利用固态氘（D2）作为示踪剂来装饰涡环。固态氘是一种在低温下形成的晶体颗粒，它们可以被吸附到涡环上，并随着涡环的运动而移动。利用了一种专门针对超流氦的光学显微镜，研究人员得以拍摄并分析其中的旋涡图案及其特征指标如方位度、速率等等数据。

量子化涡环的运动和衰变受到什么因素的影响？

量子化涡环在超流氦中的运动和衰变受到多种因素的影响，其中最重要的是以下三个：

马格努斯力：这是一个由于涡环和超流体之间的相对运动而产生的力，它垂直于涡环的切线方向和相对速度方向，其大小正比于涡环的长度、循环流量和密度。马格努斯力会使涡环偏离其以前的轨道，并且会使涡环加速或踩刹车，取决于马格努斯力和涡环快慢之间的相对位置。

自感应力：这是一个由于涡环本身的形状变化而产生的力，它沿着涡环的切线方向，其大小正比于涡环的曲率、循环流量和密度。自感应力会使涡环发生扭曲和振荡，并且会使涡环缩小或扩大，取决于自感应力和涡环半径之间的关系。

互感阻力：这是一个由于涡环和正常流体之间的相互作用而产生的力，它沿着涡环和正常流体之间的相对速度方向，其大小正比于涡环的长度、循环流量、密度和温度。这样的互感阻力会使无人机的涡环运行受到非常大的阻碍，并且会使涡环损失非常大的能量，从而导致无人机的涡环衰变。

如何评估互感阻力？

互感阻力是一个非常复杂且难以理解的物理现象，它涉及到热准粒子在量子化涡核附近发生散射和反射等过程。不同的理论模型对于互感阻力有不同的假设和预测，但是由于缺乏实验数据，很难判断哪一个模型更接近真实情况。论文编辑们通过观察和测量超流氦中不同温度下量子化涡环的衰变过程，提供了一些直接的证据，来支持另一个最新的概念模型。

这个理论模型认为，互感阻力不仅取决于热准粒子在涡核附近发生散射和反射等过程，还取决于正常流体在涡核附近发生扰动和运动等过程。这些过程会导致正常流体在局部区域内产生一个与超流体不同的速度场，从而影响到互感阻力。这个理论模型使用了一个自洽的方法，来计算正常流体在局部区域内的速度场，并且考虑了不同温度下热准粒子散射截面和反射系数等参数。

意义

这篇论文的结果有重要的意义，因为它为我们提供了一个更准确和更完善的理论模型，来描述超流氦中量子化涡旋的运动和衰变。这个理论模型不仅可以解释超流氦中的一些现象，如湍流、耗散、声发射等，还可以推广到其他的量子流体系统，如原子玻色-爱因斯坦凝聚体、超流中子星、引力映射的全息超流等。这些系统中也存在着类似的量子化涡旋和热准粒子之间的相互作用，因此也需要一个可靠的理论模型来描述它们。这篇论文为我们提供了一个新的视角和工具，来探索量子流体中的奇妙现象。

（编辑：汽车网）

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