Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Věnujeme se studiu základních vlastností supratekutosti a turbulentního stavu ⁴He známého jako kvantová turbulence.

Základní vlastnosti supratekutosti

Hlavní důraz je kladen na výzkum elektrické aktivity ⁴He, jeho excitování a detekování pomocí šíření druhého zvuku v He II, supratekuté fázi kapalného helia. Druhý zvuk je zvukový mód vznikající relativním pohybem normální (viskózní, entropické) a supratekuté (neviskózní, neentropické) komponenty He II. Mimofázové oscilace hustot obou těchto komponent poté vedou k vzniku teplotní vlny. Druhý zvuk generujeme a detekujeme pomocí mechanických vibrací nuclepore membrán.

Elektrická aktivita v kapalném heliu je, vzhledem k sférické symetrii a elektrické neutralitě jeho atomů, zajímavý, byť slabý, efekt. Výzkum tohoto efektu proto může vést k novému porozumění elektro-fyzikálním vlastnostem helia.

Kvantová turbulence

Vzhledem k omezením daným kvantovou mechanikou je rotační pohyb v supratekuté látce možný pouze díky spontánní nukleaci topologických defektů ve formě tenkých vírových linií s kvantovanou rychlostí cirkulace. Komplexní změť těchto interagujících vírových linií tvoří nejzákladnější konfiguraci kvantové turbulence.

V rámci společné laboratoře nízkých teplot experimentálně studujeme kvantovou turbulenci v ⁴He ve vysoko a nízkoteplotní limitě technikami zahrnujícími: měchy řízené turbulentní toky kanály, turbulence indukovaná vibrujícími objekty, vizualizace turbulence pomocí osvětlených částic, určení hustoty změti vírů pomocí útlumu druhého zvuku.

Supratekutá turbulence je nejen základní kvantovou vlastností hmoty, ale taktéž vykazuje důležité podobnosti s turbulencí v klasických tekutinách. Jelikož je kvantový vír jednodušší a lépe definovaný objekt než klasický vír, je očekáváno větší porozumění klasické turbulenci díky studiu turbulence kvantové.