Spannungen und Strömungen in ultrakalten Superfluiden

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Superfluide, die sich nur bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt bilden, haben einzigartige und in gewisser Weise bizarre mechanische Eigenschaften.

Yvan Buggy vom Institut für Photonik und Quantenwissenschaften der Heriot-Watt-Universität in Edinburgh, Schottland, und seine Mitarbeiter haben ein neues quantenmechanisches Modell einiger dieser Eigenschaften entwickelt, das veranschaulicht, wie sich diese Flüssigkeiten verformen, wenn sie um Verunreinigungen herumfließen.

Diese Arbeit wird in der Zeitschrift EPJ D veröffentlicht.Stellen Sie sich vor, Sie fangen an, eine Tasse Tee umzurühren, kommen fünf Minuten später wieder darauf zurück und stellen fest, dass der Tee noch immer im Umlauf ist.

An sich ist das natürlich unmöglich, aber wenn man einen Becher mit einer ultrakalten Flüssigkeit umrühren könnte, würde genau das passieren.

Unterhalb von etwa -270°C – das heißt nur wenige Grad über der kältest möglichen Temperatur, dem absoluten Nullpunkt – wird die Flüssigkeit zu einem Suprafluid: eine seltsame Substanz, die keine Viskosität hat und daher ohne Verlust an kinetischer Energie fließt, an Oberflächen und Gefäßwänden entlangkriecht und sich unendlich lange um Scheitelpunkte weiterdreht.Superfluide erhalten diese Eigenschaften, weil so viele ihrer Atome in den niedrigsten Energiezustand fallen, dass die quantenmechanischen Eigenschaften gegenüber den klassischen dominieren.

Sie bieten daher eine einzigartige Gelegenheit zur Untersuchung von Quantenphänomenen auf makroskopischer Ebene, wenn auch unter extremen Bedingungen.

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In dieser Studie verwenden Buggy und seine Kollegen die wesentlichen Gleichungen der Quantenmechanik, um die Spannungen und Flüsse in einem solchen ultrakalten Suprafluid unter Veränderungen der potentiellen Energie zu berechnen.

Sie zeigen, dass der Flüssigkeitsstrom in Abwesenheit von Verunreinigungen gleichmäßig und homogen sein wird.

Wenn jedoch eine Verunreinigung vorhanden ist, wird die Flüssigkeit in der Nähe dieser Verunreinigung verformt.quantum.

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