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.

本文从理论和实验上研究了低温下量子凝聚相，即超流氦和原子玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）中的量子流体力学。量子湍流是超流氦研究中的一个重要课题，数值计算表明，量子湍流的能谱服从湍流中最重要的统计规律--Kolmogorov定律。利用振弦的实验揭示了无残余涡的QT转变，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。使用两个组合的进动，我们表明，QT也可以在这个系统中创建。

项目成果

Quantum Kelvin-Helmholtz instability in phase-separated two-component Bose-Einstein condensates

• DOI: 10.1103/physrevb.81.094517
• 发表时间: 2009-09
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: H. Takeuchi;Naoya Suzuki;K. Kasamatsu;H. Saito;M. Tsubota

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

Dynamics of vortices and interfaces in superfluid 3^He

超流体 3^He 中涡流和界面的动力学

• 发表时间: 2006
• 期刊: Rep.on Prog.Phys. 69
• 作者: A.P.Finne;V.B.Eltsov;R.Hanninen;N.B.Kopnin;J.Kopu;M.Krusius;M.Tsubota;G.E.Volovik
• 通讯作者: G.E.Volovik

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

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