La physique des basses températures donne un aperçu de la turbulence


La physique des basses températures donne un aperçu de la turbulence

Une grande partie de l’énergie consommée dans le transport maritime est utilisée pour créer turbulences. Crédit photo: Université de Lancaster

Une nouvelle technique d’étude des tourbillons dans les fluides quantiques a été développée par des physiciens de Lancaster.

Andrew Guthrie, Sergey Kafanov, Theo Noble, Juri Paschkin, George Pickett et Viktor Tsepelin ont utilisé de minuscules résonateurs mécaniques en collaboration avec des scientifiques de l’Université d’État de Moscou pour détecter des tourbillons quantiques individuels dans l’hélium superfluide.

Son travail est publié dans le volume actuel de Communication de la nature.

Cette recherche sur la quantique est plus facile que la turbulence du monde observée dans des phénomènes quotidiens tels que l’assurance, les rivières à débit rapide, les nuages ​​d’orage ou la fumée de cheminée. Malgré le fait qu’il soit si courant et trouvé à tous les niveaux, des galaxies au subatomique, il n’est toujours pas entièrement compris.

Les physiciens connaissent les équations de base de Navier-Stokes qui régissent l’écoulement de liquides tels que l’air et l’eau, mais malgré des siècles d’expérimentation, les équations mathématiques ne peuvent toujours pas être résolues.

La turbulence quantique peut fournir des indices pour une réponse.

La turbulence dans les fluides quantiques est beaucoup plus simple que son homologue classique «chaotique», et comme elle se compose de tourbillons identiques simplement quantifiés, on peut imaginer qu’ils fournissent une «théorie atomique» du .

Malheureusement, la turbulence dans les systèmes quantiques, tels que l’hélium superfluide 4, se produit à des échelles microscopiques, et jusqu’à présent, les scientifiques n’ont pas eu d’outils avec une précision suffisante pour étudier ces petits tourbillons.

Maintenant, l’équipe de Lancaster, qui travaille à des températures de quelques millièmes de degré au-dessus du zéro absolu, a utilisé la nanoscience pour permettre la détection de tourbillons quantiques individuels (avec des tailles de cœur de l’ordre du diamètre atomique) à l’aide d’une « corde de guitare » à l’ nanométrique. dans le superfluide.

Ce que fait l’équipe, c’est de capturer un seul vortex sur la longueur de la « chaîne » (une barre d’environ 100 nanomètres de diamètre). La fréquence de résonance du faisceau change lorsqu’un vortex est piégé et ainsi la vitesse de piégeage et de libération des tourbillons peut être suivie, ouvrant ainsi une fenêtre dans la structure turbulente.

Dr. Sergey Kafanov, qui a lancé cette recherche, a déclaré: « Les dispositifs développés ont de nombreuses autres utilisations. L’une d’elles consiste à envoyer un ping à l’extrémité d’un vortex partiellement piégé pour étudier les vibrations nanométriques du noyau du vortex. Espérons que les études enrichiront nos résultats. dans la turbulence et peut fournir des indices sur la façon de résoudre ces équations tenaces.  »


Des chercheurs en ingénierie visualisent le mouvement des tourbillons dans la turbulence superfluide


Plus d’information:
A. Guthrie et coll. Détection en temps réel à l’échelle nanométrique des vortex quantiques à des températures millikelvin, Communication de la nature (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-22909-3

Fourni par l’Université de Lancaster

Citation: La des basses températures donne un aperçu de la turbulence (2021, 11 mai), qui a été consulté le 17 mai 2021 sur https://phys.org/news/2021-05-low-temperature-physics-insight-turbulence.html

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