Доктор Самули Аутти из Ланкастерского университета является одним из авторов нового исследования квантово-волновой турбулентности совместно с исследователями из Университета Аалто.

Выводы команды, опубликованные в Физика природы, демонстрируют новое понимание того, как волнообразное движение переносит энергию с макроскопических масштабов на микроскопические длины, и их результаты подтверждают теоретическое предсказание о том, как энергия рассеивается в малых масштабах.

Доктор Отти сказал: "Это открытие станет краеугольным камнем физики больших квантовых систем".

Квантовую турбулентность в больших масштабах, такую как турбулентность вокруг движущихся самолетов или кораблей, трудно смоделировать. В малых масштабах квантовая турбулентность отличается от классической турбулентности тем, что турбулентный поток квантовой жидкости ограничен линейными центрами потока, называемыми вихрями, и может принимать только определенные квантованные значения.

Эта детализация значительно облегчает отражение квантовой турбулентности в теории, и обычно считается, что овладение квантовой турбулентностью поможет физикам понять и классическую турбулентность.

В будущем более глубокое понимание турбулентности, начиная с квантового уровня, может позволить усовершенствовать инженерные разработки в областях, где поток и поведение жидкостей и газов, таких как вода и воздух, являются ключевым вопросом.

Ведущий автор доктор Йере Мякинен из Университета Аалто сказал: "Наше исследование основных строительных блоков турбулентности может помочь указать путь к лучшему пониманию взаимодействий между различными масштабами турбулентности.

"Понимание этого в классических жидкостях поможет нам делать такие вещи, как улучшение аэродинамики транспортных средств, более точное предсказание погоды или контроль расхода воды в трубах. Существует огромное количество потенциальных применений в реальном мире для понимания макроскопической турбулентности ".

Доктор Отти сказал, что квантовая турбулентность является сложной проблемой для ученых.

"В экспериментах образование квантовой турбулентности вокруг единственного вихря оставалось неуловимым в течение десятилетий, несмотря на то, что целая область физиков, работающих над квантовой турбулентностью, пыталась найти его. Сюда входят люди, работающие со сверхтекучими жидкостями и квантовыми газами, такими как атомные конденсаты Бозе-Эйнштейна (BEC). Теоретический механизм, лежащий в основе этого процесса, известен как каскад волн Кельвина.

"В настоящей рукописи мы показываем, что этот механизм существует и работает так, как теоретически предполагалось. Это открытие станет краеугольным камнем физики больших квантовых систем".

Группа исследователей, возглавляемая старшим научным сотрудником Владимиром Ельцовым, изучала турбулентность в изотопе гелия-3 в уникальном вращающемся холодильнике со сверхнизкой температурой в лаборатории низких температур в Аалто. Они обнаружили, что в микроскопических масштабах так называемые волны Кельвина воздействуют на отдельные вихри, постоянно выталкивая энергию во все меньшие и меньшие масштабы, что в конечном итоге приводит к масштабу, при котором происходит рассеивание энергии.

Доктор Йере Мякинен из Университета Аалто сказал: "Вопрос о том, как энергия исчезает из квантованных вихрей при сверхнизких температурах, был решающим в изучении квантовой турбулентности. Наша экспериментальная установка - это первый случай, когда теоретическая модель волн Кельвина, передающих энергию в диссипативные масштабы длины, была продемонстрирована в реальном мире ".

Следующая задача команды состоит в том, чтобы манипулировать одним квантованным вихрем, используя устройства наноразмерного масштаба, погруженные в сверхтекучие жидкости.