Понимание причин и следствий трения может открыть путь к исследованию состава нейтронных звезд и нашей Вселенной. Здесь, на Земле, результаты исследователей Аалто будут неоценимы для сокращения выделения тепла и нежелательных сбоев в компонентах квантового компьютера.
«На данный момент мы должны изучить само явление более глубоко, прежде чем мы сможем получить достаточно исчерпывающее представление, которое можно будет применить к экспериментальным исследованиям и разработке технологий», — отмечает Джере Макинен, доктор-исследователь в Университете Аалто.Исследователи повернули контейнер, заполненный сверхтекучими изотопами гелия-3, около абсолютного нуля температуры. Вращающаяся жидкость имитирует движение твердых тел, создавая крошечные идентичные ураганы, называемые вихрями.Когда вихри находятся в стабильном и упорядоченном ламинарном движении при нулевой температуре, в отличие от бесконечно хаотической турбулентности, у вихрей не должно быть трения или средств для передачи какой-либо кинетической энергии своему окружению.
Однако именно это и обнаружили Макинен и его руководитель, доктор Владимир Ельцов.«Мы подозреваем, что источником трения могут быть квазичастицы, захваченные в ядрах вихрей. Когда вихри ускоряются, частицы получают кинетическую энергию, которая рассеивается на окружающие частицы и создает трение», — объясняет Макинен.«В турбулентных системах кинетическая энергия всегда рассеивается из-за движения вихрей, но до сих пор все думали, что, когда вихри находятся в ламинарном движении, диссипация энергии равна нулю при нулевой температуре.
Но оказывается, что это не так, — продолжает Владимир. Ельцов.Макинен сравнивает рассеивание тепла с встряхиванием коробки, полной мячей для настольного тенниса: они получают кинетическую энергию от движущейся коробки, а другие шары подпрыгивают.
Предотвращение рассеивания тепла вихрями и, следовательно, трения, например, улучшило бы производительность и способность сохранять данные в сверхпроводящих компонентах, используемых для создания квантовых компьютеров.Нейтронная звезда в лаборатории — первый шаг к пониманию турбулентностиСвятой Грааль исследований квантовой турбулентности — понять и объяснить турбулентность в классических жидкостях.
Работа Макинена и Ельцова — это первый шаг к изучению внутренней работы вихрей в сверхтекучих жидкостях. Оттуда можно было перейти к осмыслению турбулентности в нашей повседневной среде в «классическом» состоянии.Последствия могут раскрутить целые отрасли.
Появятся новые способы улучшения аэродинамики самолетов и транспортных средств всех типов или управления потоком нефти или газа в трубопроводах, и это лишь некоторые из них.В этих экспериментах также заключаются тайны вселенной. Считается, что коллапсирующие массивно-тяжелые нейтронные звезды содержат сложные сверхтекучие системы.
Сбои и аномалии, такие как внезапные изменения скорости вращения звезд, могут быть вызваны всплесками вихрей и диссипацией энергии, аналогичной той, которая была обнаружена в экспериментах в Университете Аалто.