Kvantová turbulence: čistý supratok skrz kanály

Experimentálně studujeme turbulentní stav měchy řízeného supratekutého toku ⁴He skrz kanály. Turbulence v supratekuté látce má formu změti atomárně tenkých vírových linií s kvantovanou rychlostí cirkulace, jež vznikají jako důsledek Bose-Einsteinovy kondenzace supratekutiny [1]. V jednom z našich projektů [2-4] studujeme závislost celkové délky vírových linií L na střední rychlosti toku v za podmínky turbulence v ustáleném stavu. V naší nekomerční aparatuře je tok zajištěn nízkoteplotním měchem vhánějícím supratekuté helium do vertikálního kanálu (viz.Obr.1). Kanál je na obou koncích opatřen speciálními ucpávkami, které dovolují pouze tok neviskózní supratekuté komponenty. Celkovou délku vírových linií L odhadujeme pomocí pozorování útlumu druhého zvuku (teplotní vlny existující v supratekutém heliu) rezonujícího napříč šířkou kanálu (viz. Obr.2).

Pozorovali jsme závislost L^1/2 = γ(T)(v - v_c) (viz.Obr.3) kde γ(T) je teplotně závislý součinitel a v_c je téměř teplotně nezávislá kritická rychlost pro počátek turbulence (v řádu 0.2 cm/s). Tyto výsledky jsou formálně i kvantitativně pochopitelné v rámci teorie tepelného protiproudu [1] - termálně aktivovaného relativníního pohybu normální (viskózní, entropické) a supratekuté (neviskózní, bez entropie) komponenty supatekutého helia. Odvozujeme, že náš výsledný tok supratekuté komponenty může být ve vztažné soustavě normální komponenty uvažován jako protiproud.

Reference:
[1] W. F. Vinen, J. J. Niemela, J. Low Temp. Phys. 128 (2002) 167.
[2] S. Babuin, M. Stammeier, E. Varga, M. Rotter, L. Skrbek, Quantum turbulence of bellows-driven ⁴He superflow: Steady state, Phys. Rev. B 86 (2012) 134515 .
[3]S. Babuin, E. Varga, L. Skrbek, E. Leveque, P.E. Roche, Effective viscosity in quantum turbulence: A steady-state approach, Europhys. Lett. 106 (2014) 24006 .
[4]S. Babuin, E. Varga, L. Skrbek The Decay of Forced Turbulent Coflow of He II Past a Grid, J. Low. Temp. Phys. 175 (2014) 324 .