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這項關於量子湍流的研究比現實世界中的湍流更簡單,因為在日常現象中可以觀察到湍流,如沖浪、快速流動的河流、波濤洶湧的風暴雲或煙囪煙霧。盡管它是如此普遍,並且在各個層面,從星系到亞原子都有發現,但人們仍然沒有完全理解它。

物理學傢知道支配空氣和水等流體流動的基本納維-斯托克斯方程,但盡管經過幾個世紀的努力,這些數學方程仍然無法得到解決。

但是,量子湍流可能提供瞭答案的線索。量子流體中的湍流比其 "混亂"的經典對應物要簡單得多,並且是由相同的單量子化渦流組成的,可以被認為是為該現象提供瞭一個 "原子理論"。然而,量子系統中的湍流,例如超流體氦4中的湍流,發生在微觀尺度上,之前,科學傢還沒有足夠精確的工具來探測這麼小的渦流。

海上運輸中使用的大部分能量都用於制造湍流。資料來源:蘭卡斯特大學

但是現在,蘭卡斯特大學物理學團隊在絕對零度以上幾千分之一的溫度下工作,通過使用超流體中的納米級 "吉他弦",利用納米科學來探測單個量子渦旋(其核心尺寸與原子直徑相當)。

該團隊是如何做到這一點的:沿著 "弦 "的長度(大約100納米寬的條形)捕獲一個單一的渦旋。當一個漩渦被困住時,桿的共振頻率會發生變化,因此可以跟蹤漩渦的捕獲和釋放率,從而為瞭解湍流結構打開一個窗口。

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