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总部位于佛罗里达州立大学的国家高磁场实验室的科学家在流体动力学领域发现了一个真正值得开瓶的优质葡萄酒。

FAMU-FSU工程学院机械工程学副教授郭伟和MagLab研究生研究助理Toshiaki Kanai在《物理评论快报》上发表了一项新研究,阐明了量子流体(也称为超流体)如何融合。事实证明,他们使用开瓶器机制。

在原子水平上,这些流体遵循一套完全不同的规则,这些规则在超低温或 低温下产生。在这种情况下,温度徘徊在-273摄氏度(约-460华氏度)左右,比地球上任何地方都要冷得多。只有在特殊实验室中付出巨大的努力才能达到这样的环境。

换句话说,量子流体,也称为超流体,确实很奇怪。它们也引起了科学家的极大兴趣,部分原因是它们存在于宇宙中—存在于中子星中,甚至可能 存在于 暗物质中。

“中子星本质上是巨大的旋转超流体液滴,这些液滴可以合并在一起,”负责MagLab 低温研究小组的受过训练的物理学家郭说 。“因此,我们提出了一个问题:旋转超流体液滴融合在一起会发生什么?旋转如何从一个转移到另一个?”

他们基于数值模拟得到的答案令人惊讶。结果表明,这些流体的旋转与经典流体动力学几乎没有相似之处。但是,喜欢偶尔吃gewürztraminer的高脚杯的任何人都可以赞赏:该机制是开瓶器。

他们建模的超流体是玻色-爱因斯坦冷凝物。BEC是与空气,液体,固体或等离子体完全不同的物质状态,是通过将极低密度的气体冷却到几乎绝对的零(可能的最低温度)而形成的。在这种寒冷的状态下,几乎吸收了所有能量的原子基本上起了一个作用。它们的粘度为零;BEC在不消耗任何能量的情况下流动。

在我们的古典世界中,当旋转的雨滴落入静止的水体中时,雨滴的旋转运动和角动量会通过我们称为涡流的旋转结构转移到它渗入的水中。

但是,当Kanai创建一个模型以查看 当BEC的旋转液滴与静态液滴融合时,量子世界中发生了什么时, 没有涡流或涡旋的迹象。然而 ,运动发生了转移。

郭说:“旋涡仍然在旋转的水滴中,但是并没有转移到顶部。” “但是不知何故,旋转运动和角动量 确实 转移到了其他区域。因此,我们认为必须发挥某种不同的机制。在两个液滴的界面处出现了一个奇怪的结构,这很奇怪,因为它在常规的粘性流体中不会出现。”

那奇怪的结构:开瓶器。

郭解释说:“这种结构的作用就像开瓶器一样。” “它在顶部静止的位置产生旋转运动,然后减慢底部静止的旋转速度。这样,旋转从底部传递到顶部。”

加奈说,结果令人兴奋。加奈说,虽然仍然是佛罗里达州立大学的物理学研究生,但似乎已经是该出版物的主要作者有点发呆 。

他说:“在我们第一次观察到开瓶器的结构之后,我们有很多问题。” “是什么原因导致这种结构?结构如何影响动力学?因此,发现本身非常有趣。但是在那之后,了解这一发现也非常令人兴奋。”

郭说,他们的工作可能会启发其他研究领域的发展-在宇宙学层面上的暗物质和中子星,以及在量子层面上,基于BEC的技术的发展,例如传感器或量子计算机,这是一个新兴的领域,称为原子电子学。

郭说:“这可能为天体物理学家提供一些有关他们观察天空时应看哪种结构的信息。”

因此,下次您打开一瓶葡萄酒时,不妨品尝一下它的粘性,欣赏它在玻璃杯中旋转时的粘度,举杯敬酒,以扭动,怪异,无形的玻色-爱因斯坦冷凝物以及无尽的科学奇迹。