回転超流動内および超流動自由表面における量子乱流現象の実験的研究

旋转超流体和超流体自由表面量子湍流现象的实验研究

• 批准号: 20029021
• 负责人: 高橋 大輔
• 金额: $ 3.84万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research
• 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: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20029021/
• 关键词: 超流動; 量子渦; 巨視的トンネル現象; 量子乱流; 超流動乱流; 臨海現象

本年度は超流動ヘリウム中の量子渦に関して1核生成および2Kelvin波の励起に着目し研究を遂行した。下記にその概要を示す。1. 量子渦核生成は流体中の速度が臨界速度を超えることで生じ、また核生成課程は巨視的トンネル効果の候補として非常に興味深い。一方、核生成の閾値である臨界速度はこれまで実験的に明らかではなかった。我々は超流動ヘリウム自由表面直下に二次元正イオンを蓄積し、イオン速度の電場依存性の測定を行うことで臨界速度を測定した。イオン速度がある臨界値を越えると急激に少することをこの系で初めて観測した。この状態の転移はイオンの周りの流れ場が非回転な流れから量子渦を伴う流れへと転移をすることに対応していると考えられる。臨界値には特徴的な温度依存性が確認された。温度依存性は巨視的量子トンネル確率が量子摩擦によって抑制されることに起因することが示された。2. 近年、粘性がゼロの超流動ヘリウム中で発現する量子乱流系と粘性流体の古典乱流のエネルギーカスケードの相似性が注目されている。量子乱流系においては渦度が独立に存在するため、乱流減衰の本質である渦のエネルギー散逸を観測するに適する系と考えられている。我々は回転下において、上記の正イオン系に対する低入力電場領域でのプラズマ共鳴実験を行った。回転下では渦芯まわりのイオンが量子渦終端点にトラップされることが期待される。この手法により量子渦へ量子乱流減衰の本質であるKelvin波を励起できることを期待している。回転数を増加することで試料容器内の量子渦密度を増加すると、共鳴周波数および半値幅が回転数に比例して増大する変化が観測された。これらの結果は量子渦にトラップされたイオンに渦の張力が働くことによる共鳴周波数の増加、および正イオン系が量子渦糸にKelvin波を励起することでエネルギーの移動が起きたことによる半値幅の増加に対応していると考えている。

This year, the study of quantum vortices in superfluid systems was carried out in relation to nuclear generation and excitation of Kelvin waves. A summary of the information is provided below. 1. Quantum Vortex Nucleus Generation is an extremely interesting alternative to the critical velocity of fluid. The threshold value of nuclear generation is the critical velocity. The determination of the electric field dependence of the velocity of the free surface is based on the quadratic equation. The speed of the engine is higher than the speed of the engine. The state of motion of the vortex field is non-circular, and the quantum vortex field is non-circular. The temperature dependence of the critical value is confirmed. Temperature dependence is the cause of quantum friction inhibition in macroscopic vision. 2. In recent years, the similarity between quantum turbulence systems and classical turbulence systems in viscous fluids has been noticed. Quantum turbulence system is characterized by the existence of independent vorticity, the nature of turbulence attenuation, and the measurement of vorticity dissipation. The resonance of the resonance system in the field of low-intensity electric field is recorded in the lower part of the circuit. The vortex core is located at the end of the vortex. The nature of quantum turbulence attenuation in Kelvin wave excitation The number of oscillations increases, the quantum vortex density increases, the resonance frequency increases, and the ratio of oscillations increases. The result is that the number of resonance cycles increases, the number of positive resonance cycles increases, the number of Kelvin waves increases, and the number of negative resonance cycles increases.

项目成果

回転超流動中の二次元正イオン系のプラズマ共鳴測定-回転超流動内における二次元イオン系の移動度測定III-

旋转超流体中二维正离子系统的等离子体共振测量 - 旋转超流体中二维离子系统的迁移率测量 III-

• 发表时间: 2010
• 作者: Kadono;T.;T. Sakaiya;Y. Hironaka;K. Otani;T. Sano;T. Fujiwara;T. Mochiyama;K. Kurosawa;S. Sugita;Y. Sekine;W. Nishikanbara3 T. Matsui;S. Ohno;A. Shiroshita;K. Miyanishi;N. Ozaki;R. Kodama;A. M. Nakamura M. Arakawa;S. Fujioka;and K. Shig;高橋大輔,池上弘樹,河野公俊
• 通讯作者: 高橋大輔,池上弘樹,河野公俊

Transport Properties of Two-dimensional Snowballs Below the Surface of ^4He-II Under Rotation

^4He-II 旋转下二维雪球表面以下的输运特性

• 发表时间: 2010
• 期刊: J.Low Temp.Phys. 158
• 作者: 松村武;米村卓巳;國森敬介;世良正文;伊賀文俊;Daisuke Takahashi
• 通讯作者: Daisuke Takahashi

二次元正イオン系の臨界速度と量子渦輪生成

二维正离子系统中的临界速度和量子涡环的产生

• 发表时间: 2009
• 作者: Shimizu;K.,F.Hasebe;櫻庭中;樋口格;齊藤英治;高橋大輔,河野公俊,池上弘樹
• 通讯作者: 高橋大輔,河野公俊,池上弘樹

Critical Velocity of 2D Snowballs Below the Free Surface of 4^He-II

4^He-II 自由表面以下二维雪球的临界速度

• 发表时间: 2009
• 作者: D. Takahashi;H. Ikegami;K. Kono
• 通讯作者: K. Kono

Nonlinear transport of two-dimensional positive ions below surface of superfluid 4^He

超流体 4^He 表面以下二维正离子的非线性传输

• 发表时间: 2009
• 作者: D. Takahashi;H. Ikegami;K. Kono
• 通讯作者: K. Kono