Een nieuwe techniek voor het bestuderen van wervels in kwantumvloeistoffen is ontwikkeld door natuurkundigen van Lancaster.

Andrew Guthrie, Sergej Kafanov, Theo Nobel, Joeri Pasjkin, George Pickett en Viktor Tsepelin, in samenwerking met wetenschappers van de Staatsuniversiteit van Moskou, gebruikte kleine mechanische resonatoren om individuele kwantumdraaikolken in supervloeibaar helium te detecteren.

Hun werk is gepubliceerd in de huidige jaargang van Natuurcommunicatie .

Dit onderzoek naar kwantumturbulentie is eenvoudiger dan turbulentie in de echte wereld, die wordt waargenomen in alledaagse verschijnselen zoals surfen, snelstromende rivieren, golvende onweerswolken, of schoorsteenrook. Ondanks het feit dat het zo alledaags is en op elk niveau te vinden is, van de sterrenstelsels tot het subatomaire, het wordt nog steeds niet helemaal begrepen.

Natuurkundigen kennen de fundamentele Navier-Stokes-vergelijkingen die de stroom van vloeistoffen zoals lucht en water regelen, maar ondanks eeuwen van proberen, de wiskundige vergelijkingen kunnen nog steeds niet worden opgelost.

Kwantumturbulentie kan de aanknopingspunten voor een antwoord bieden.

Turbulentie in kwantumvloeistoffen is veel eenvoudiger dan zijn "rommelige" klassieke tegenhanger, en bestaat uit identieke enkelvoudig gekwantiseerde wervels, kan worden gezien als een "atoomtheorie" van het fenomeen.

nutteloos, turbulentie in kwantumsystemen, bijvoorbeeld in supervloeibaar helium 4, vindt plaats op microscopisch kleine schaal, en tot nu toe hebben wetenschappers geen instrumenten met voldoende precisie gehad om zulke kleine wervelingen te onderzoeken.

Maar nu het Lancaster-team, werken bij een temperatuur van enkele duizendsten van een graad boven het absolute nulpunt, heeft nanowetenschap aangewend om de detectie van enkele kwantumwervelingen (met kerngroottes die vergelijkbaar zijn met atomaire diameters) mogelijk te maken door een "gitaarsnaar" op nanoschaal in de supervloeistof te gebruiken.

Hoe het team het doet, is om een ​​enkele vortex te vangen langs de lengte van de "string" (een staaf van ongeveer 100 nanometer breed). De resonantiefrequentie van de balk verandert wanneer een vortex wordt opgesloten, en dus kan de opname- en afgiftesnelheid van wervels worden gevolgd, het openen van een venster in de turbulente structuur.

Dr. Sergey Kafanov die dit onderzoek initieerde, zei:"De ontwikkelde apparaten hebben vele andere toepassingen, een daarvan is om het einde van een gedeeltelijk ingesloten vortex te pingen om de oscillaties op nanoschaal van de vortexkern te bestuderen. Hopelijk zullen de onderzoeken bijdragen aan ons inzicht in turbulentie en kunnen ze aanwijzingen geven over hoe deze hardnekkige vergelijkingen kunnen worden opgelost."