Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Hoe het meten van de gelijkenis van Reynolds in supervloeistoffen zou kunnen helpen het bestaan ​​van kwantumviscositeit aan te tonen

Reynolds gelijkenis is een dimensieloos getal dat de verhouding karakteriseert van traagheidskrachten tot stroperige krachten in een vloeistofstroom. Het wordt gedefinieerd als:

$$Re =\frac{\rho v L}{\mu}$$

waar:

* $\rho$ is de dichtheid van de vloeistof

* $v$ is de snelheid van de vloeistof

* $L$ is de karakteristieke lengte van de stroom

* $\mu$ is de dynamische viscositeit van de vloeistof

In superfluïde helium is de dynamische viscositeit nul bij temperaturen onder het lambdapunt, dat is ongeveer 2,17 K. Dit betekent dat superfluïde helium zonder enige wrijving stroomt, en de gelijkenis van Reynolds is niet gedefinieerd.

Er is echter voorgesteld dat er in superfluïde helium een ​​kwantumviscositeit zou kunnen bestaan, een soort viscositeit die voortkomt uit de kwantumaard van de vloeistof. Als er kwantumviscositeit bestaat, zou het mogelijk zijn om de gelijkenis van Reynolds in superfluïde helium te meten met behulp van een techniek die torsionele oscillator wordt genoemd.

Een torsie-oscillator is een apparaat dat bestaat uit een schijf die aan een draad hangt. Wanneer de schijf wordt gedraaid en losgelaten, zal deze heen en weer oscilleren. De frequentie van de trillingen wordt bepaald door het traagheidsmoment van de schijf en de torsiestijfheid van de draad.

Als een superfluïde heliumbad rond de torsie-oscillator wordt geplaatst, zal de kwantumviscositeit van het helium ervoor zorgen dat de schijf langzamer oscilleert. De mate van demping hangt af van de kwantumviscositeit van het helium, en kan worden gebruikt om de gelijkenis van Reynolds te meten.

Het meten van de gelijkenis van Reynolds in superfluïde helium zou kunnen helpen het bestaan ​​van kwantumviscositeit aan te tonen. Dit zou een belangrijke ontdekking zijn, omdat het nieuwe inzichten zou opleveren in de kwantumaard van vloeistoffen.