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量子渦の生成と消滅

量子涡旋的产生和消失

基本信息

批准号：
08240205
负责人：
坪田誠
金额：
$ 0.38万
依托单位：
Tohoku 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：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

超流動ヘリウムにおける量子渦は、ボ-ズ凝縮系に特有な巨視的量子状態の産物であり、超流動の物理に深く関与する重要な存在である。量子渦は、循環の量子化とともに、芯半径が原子サイズという際だった特徴を持っている。量子渦の物理に関しては膨大な研究が行われてきたが、未解決の重要問題が、量子渦の生成・消滅過程の解明である。芯の内部構造が無視できる場合の量子渦の運動は理想流体力学によって記述されるが、生成、消滅、再結合(reconnection)など渦構造が関与する現象は、(低温では)トンネル効果によって生じている。この現象は本来、三次元的に扱われるべきだが、従来の研究の多くは低次元の流体力学的考察に留まっていた。本研究は、流体力学および量子力学に基づき、理論解析および計算物理的手法の併用により、量子渦の生成・消滅過程の三次元ダイナミクスの解明を目的とする。本年は以下の研究を行った。(1)非線形シュレディンガー方程式に基づく渦生成および再結合の解析巨視的波動関数に対するシュレディンガー方程式の三次元解析を行い、渦の生成および渦同士の再結合の詳細な解析を行った。(2)回転系における量子渦生成の臨界角速度回転容器中の超流動ヘリウムでは、回転軸に平行な量子渦格子が形成される。その平衡状態の二次元解析は行われたが、実際の現象は三次元的であり、多くの問題が未解決である。回転系における渦の三次元運動の解析は、境界条件の要請や、角運動量の三次元積分に起因する困難が伴うが、既に申請者は必要な計算コードを完成させた。これに基づき、渦生成のための臨界角速度、および成長のダイナミクスを調べた。(3)位相スリップにおける量子渦の生成と運動近年、Micro Aperture中における位相スリップが注目されている。現在、この問題の最大の関心はVortex Nucleationにあるが、渦が生成される条件、また生成後の渦が位相スリップを起こす過程は不明である。そこで細管中の渦の運動を調べ、実験データと定量的に一致する結果を得た。

The quantum vortex is the product of the quantum state characteristic of superflow and is deeply related to the physics of superflow. Quantum vortex, cycle quantization, core radius and atomic characteristics The physics of quantum vortices is related to the development of quantum vortices, and important unsolved problems are discussed. The motion of quantum vortices in the case of ignoring the internal structure of the core is described in ideal fluid mechanics, such as formation, destruction, reconnection, vortex structure, correlation and phenomenon, and (low temperature) generation effect. This phenomenon is the original, three-dimensional fluid dynamics investigation, multi-dimensional fluid dynamics investigation. The purpose of this study is to combine the theoretical analysis and computational physics methods, and to clarify the three-dimensional process of quantum vortex generation and elimination. This year, the following research was conducted. (1)Non-linear equations for the generation and recombination of vortices in the fundamental domain. (2)Critical Angular Velocity of Quantum Vortex Generation in Recirculation System Superflow in Recirculation Container The equilibrium state of the two-dimensional analysis is not solved, the phenomenon of the three-dimensional analysis is not solved. The analysis of three-dimensional motion of vortex in return system, the requirements of boundary conditions, the causes of three-dimensional integration of angular motion, and the completion of necessary calculations for applicants The fundamental velocity, the critical angular velocity of vortex generation, and the critical angular velocity of vortex growth are modulated. (3)The phase of quantum vortex generation in recent years, Micro Aperture phase of quantum vortex generation in recent years Now, the biggest concern of this problem is Vortex Nucleation, Vortex Generation Conditions, Vortex Generation Phase and Vortex Generation Process The results of the modulation and quantitative analysis of the vortex motion in the thin tube are obtained.