La physique des basses températures donne un aperçu de la turbulence –

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  • 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, Yuri Pashkin, George Pickett et Viktor Tsepelin, en collaboration avec des scientifiques de l’Université d’État de Moscou, ont utilisé de minuscules résonateurs mécaniques pour détecter les tourbillons quantiques individuels dans l’hélium superfluide.

    Leurs travaux sont publiés dans le volume actuel de Communications de la nature.

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

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

    La turbulence quantique peut fournir les indices d’une réponse.

    La turbulence dans les fluides quantiques est beaucoup plus simple que son homologue classique «désordonné», et étant constituée de tourbillons identiques à quantification unique, peut être considérée comme fournissant une «théorie atomique» du phénomène.

    Inutile, la turbulence dans les systèmes quantiques, par exemple dans l’hélium superfluide 4, a lieu à des échelles microscopiques, et jusqu’à présent, les scientifiques n’ont pas eu d’outils avec une précision suffisante pour sonder des tourbillons aussi petits.

    Mais maintenant, l’équipe de Lancaster, travaillant à une température de quelques millièmes de degré au-dessus du zéro absolu, a exploité la nanoscience pour permettre la détection de vortex quantiques uniques (avec des tailles de cœur égales aux diamètres atomiques) en utilisant une “corde de guitare” à l’échelle nanométrique dans le superfluide.

    La façon dont l’équipe le fait est de piéger un seul vortex sur la longueur de la «chaîne» (une barre d’environ 100 nanomètres de diamètre). La fréquence de résonance de la barre change lorsqu’un vortex est piégé, et ainsi la vitesse de capture et de libération des tourbillons peut être suivie, ouvrant une fenêtre dans la structure turbulente.

    Le Dr Sergey Kafanov, qui a lancé cette recherche, a déclaré: «Les dispositifs développés ont de nombreuses autres utilisations, dont l’une est de cingler l’extrémité d’un vortex partiellement piégé pour étudier les oscillations nanométriques du noyau du vortex. turbulence et peut fournir des indices sur la façon de résoudre ces équations tenaces. “

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Université de Lancaster. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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