Teorik atılım, kuantum sıvılarının tirbuşon mekanizmasıyla döndüğünü gösterir

Teorik atılım, kuantum sıvılarının tirbuşon mekanizmasıyla döndüğünü gösterir
Yazıyı beğendiyseniz lütfen Paylaşın

[ad_1]

Teorik atılım, kuantum sıvılarının tirbuşon mekanizmasıyla döndüğünü gösterir

Biri döner ve biri sabit olmak üzere iki BEC'nin birleştirme dinamikleri. Her damlanın yoğunluk gelişimi üst sırada gösterilir ve açısal momentum transferi alt sırada gösterilir. Arayüzde bir tirbuşon yapısının kendiliğinden ortaya çıkması nedeniyle açısal momentum aktarılır. Kredi: Nano Ölçekli Malzemeler Merkezi.

Bir damla krema bir kaşıktan dönen bir fincan kahveye düşerse, girdap damlaları rotasyona sürükler. Ancak kahvenin sürtünmesi yoksa, damlayı senkronize bir dönüşe çekmenin bir yolu yoksa ne olurdu?

Kuantum sıvıları olarak da adlandırılan süper akışkanlar çok çeşitli sistemlerde ve uygulamalarda görülür. Örneğin, kozmolojik süper akışkanlar nötron yıldız birleşmeleri sırasında birbirleriyle kaynaşır ve bilim adamları manyetik rezonans görüntüleme (MRI) makinelerini soğutmak için süper akışkan helyum kullanırlar.

Sıvılar, kuantum mekaniği tarafından yönetilen benzersiz ve kullanışlı özelliklere sahiptir – genellikle çok küçüklerin dünyasını tanımlamak için kullanılan bir çerçeve. Bununla birlikte, süper akışkanlar için, bu kuantum mekanik özellikler daha büyük, makroskopik bir ölçekte baskındır. Örneğin, süper akışkanlar, sıvının direnmesine ve harekete neden olmasına izin veren bir tür iç sürtünme olan viskoziteye sahip değildir.

Bu viskozite eksikliği, sıvılara, enerji kaybı olmayan veya hala dönen bir konteyner içinde kalan borulardan serbestçe dolaşmak gibi alışılmadık yetenekler kazandırır. Ancak dönme hareketi söz konusu olduğunda, bilim adamları dönen sıvıların açısal momentumu nasıl aktardıklarını anlamak için mücadele ediyor – sıvıların ne kadar hızlı döneceğine dair bir kalite.

Son zamanlarda yapılan bir çalışmada, ABD Enerji Bakanlığı'nın (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı'ndan bilim adamları, birleştirme dönüşünün ileri bilgisayar simülasyonlarını gerçekleştirmek için Tallahassee, Florida ve Japonya'daki Osaka City Üniversitesi'ndeki Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı'ndan (MagLab) bilim adamları ile işbirliği yaptı. sıvıları, viskoziteye ihtiyaç duymadan akışkanları dönmeye yönlendiren tuhaf bir tirbuşon şeklindeki mekanizmayı ortaya çıkarır.

Dönen bir yağmur damlası bir havuza düştüğünde, viskozite damlanın çevreleyen suyu dönüşe yönlendirmesini sağlar, bu da süreçte girdaplar veya girdap akımları oluşturur. Bu viskoz sürükleme, iki cisim arasındaki hareket farkını azaltır. Bununla birlikte, bir aşırı akışkan bu farka izin verir.

Teorik atılım, kuantum sıvılarının tirbuşon mekanizmasıyla döndüğünü gösterir

Tirbuşon mekanizması, bir BEC örneğinin yoğunluk görüntüsünde (sol) ve açısal momentum aktarım görüntüsünde (sağ) gösterilir. Kredi: Florida Eyalet Üniversitesi.

Argonne'nin Nanoscale Malzemeler Merkezi (CNM) 'nin bir bilim adamı olan Dafei Jin, "Süper akışkanlar klasik akışkanlardaki girdap akımlarından farklı olarak açısal momentumu transfer ettiğinde atomlar kabaca aynı yerde kalır," dedi. "Parçacıkların konveksiyonundan ziyade, aşırı akışkan atomların açısal momentumu kuantum mekanik etkileşimlerle aktarması daha verimlidir."

Bu kuantum mekanik etkileşimler, ekibin CNM'deki Karbon bilgisayar kümesi kullanılarak gerçekleştirilen simülasyonlarında sergilenen büyüleyici bir etki yaratır. Bilim adamları, Bose-Einstein Kondensatı (BEC) adı verilen aşırı akışkan bir maddenin dönen ve sabit damlalarının birleşmesini simüle ettiler.

Florida Eyalet Üniversitesi'nde (FSU) profesör ve MagLab'da bir araştırmacı olan Wei Guo, "Bose-Einstein Kondensatlarını simüle etmeyi seçtik, çünkü bunlar diğer çeşitli kuantum sıvıların paylaştığı özellikleri gösteren nispeten genel aşırı akışlı sistemler."

FSU'nun Fizik Bölümünde Guo'nun yüksek lisans öğrencisi Toshiaki Kanai, temas ettikleri andan itibaren tamamen birleşene kadar iki BEC damlası arasındaki etkileşimi modelleyen simülasyonların tasarımına öncülük etti. Osaka City Üniversitesi'nde profesör ve kuantum sıvı simülasyonu konusunda uzman olan Tsubota Makoto da proje tasarımına ve sonuçların yorumlanmasına katkıda bulundu.

Jin ile uzun süredir işbirliği yapan Guo, "CNM'de Dafei Jin ile çalıştığımız için özellikle şanslıydık" dedi ve Argonne, bilgisayar kümeleri ve verimli bir şekilde gerçekleştirebilmemizi sağlayan diğer hesaplama kaynaklarına sahip sistematik sonuçlar elde etmek için farklı koşullar altında birçok kez simülasyon. "

Damlalar birbirine yaklaştıkça, tirbuşon şekli kendiliğinden ortaya çıkar ve her iki damlaya kadar uzanır, iki damla karıştırılıp aynı hızda dönene kadar boyut ve etki büyür.





(Yerleştirme) https://www.youtube.com/watch?v=jNmNXaL5L4c (/ yerleştirme)

Jin, "Sadece bir tirbuşon gibi görünmüyor – işlevselliği de benzer," dedi. "Örneklere büküm yaparak açısal momentumu aktarır ve dönmelerini hızlandırır veya yavaşlatır."

Simülasyon sonucu, onlarca nanometreden yüzlerce mikrona veya milyonlarca metreye kadar çeşitli boyutlarda birçok laboratuvar BEC sistemine uygulanabilir. Sonuçlar ayrıca daha büyük süper sıvı sistemler için de geçerlidir. Ölçekteki farklılıklara rağmen tüm aşırı akışkan sistemleri, kuantum yapılarıyla bağlantılı ortak temel özellikler sergilerler.

Guo, "Çok küçük bir sisteme odaklanmamıza rağmen, sonuçlar geneldir." Dedi. "Bu etkileşimlerin nasıl gerçekleştiğine dair kavrayış, fizikçilerin sistem modellerini nano ölçekli ultra soğuk atomlardan astrofizik sistemlerde kozmolojik ölçekli süper sıvılara kadar bilgilendirmelerine yardımcı olabilir."

Örneğin, santimetre ve metre skalalarında aşırı akışlı helyum bulunabilir ve nötron yıldızlarındaki BEC'ler astronomik boyutta olabilir. Nötron yıldızları birleştiğinde, bazı açılardan çok büyük, dönen iki sıvı damlası gibi davranırlar ve tirbuşon mekanizmasının keşfi, bu birleşmelerin astrofiziksel modellerini bilgilendirebilir.

Bilim adamları, tirbuşon mekanizmasının teorik keşfini deney yoluyla test etmeyi umuyorlar. Kuantum sıvıların soğuk atom sistemleri, süper akışkanlar, süperiletkenler ve daha fazlasında uygulamaları vardır ve davranışlarının temel bilim araştırmaları bu sistemlerin uygulamalarının geliştirilmesine yardımcı olacaktır.


Süperfuidler tirbuşon mekanizması ile birleşebilir


Daha fazla bilgi:
Toshiaki Kanai ve diğerleri, Döner Bose-Einstein Kondensatlarının Birleştirilmesinde Tork ve Açısal-Momentum Transferi, Fiziksel İnceleme Mektupları (2020 yılında). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.105302

Tarafından sunulan
Argonne Ulusal Laboratuvarı


Alıntı:
                                                 Teorik atılım, kuantum sıvılarının tirbuşon mekanizmasıyla döndüğünü gösterir (2020, 1 Haziran)
                                                 1 Haziran 2020'de alındı
                                                 https://phys.org/news/2020-06-theoretical-breakthrough-quantum-fluids-rotate.html adresinden

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, hayır
                                            kısmı yazılı izin alınmadan çoğaltılabilir. İçerik yalnızca bilgi amaçlıdır.



[ad_2]

Kaynak

admin

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Translate »