Gdzie się podziewa energia w turbulencji kwantowej? Naukowcy na tropie rozwiązania wieloletniej zagadki

Dzięki badaniom przeprowadzonym przez naukowców z Aalto University i Lancaster University udało się potwierdzić prognozy dotyczące istnienia turbulencji kwantowych i sposobów rozpraszania energii.
Gdzie się podziewa energia w turbulencji kwantowej? Naukowcy na tropie rozwiązania wieloletniej zagadki

Turbulencje kwantowe były jak do tej pory słabo poznane, dlatego wyniki analiz zamieszczone na łamach Nature Physics są tak cenne. Jak wyjaśniają ich autorzy, przeprowadzone badania poświęcone podstawowym elementom składowym turbulencji mogą pomóc wskazać drogę do lepszego zrozumienia interakcji na różnych skalach długości tych zjawisk.

Czytaj też: Turbulencje coraz częstsze. Naukowcy wskazują przyczynę wzrostu tego śmiertelnego zagrożenia

W przyszłości takie badania mogłyby zaprocentować w postaci poprawy aerodynamiki pojazdów, skuteczniejszego przewidywania pogody czy lepszej kontroli przepływu wody w rurach. Na tym oczywiście potencjalne zastosowania się nie kończą.

Gdy mówimy o poziomie kwantowym, to tzw. przepływ turbulentny ogranicza się do liniowych centrów zwanych wirami kwantowymi. Z jednej strony turbulencja może przyjąć niewielki zestaw potencjalnych wartości, co ułatwia modelowanie. Z drugiej mogą jednak pojawiać się problemy, kiedy dochodzi do prób wykonania eksperymentów i obliczeń.

To, jak zachowuje się (a w zasadzie gdzie znika) energia w turbulencji kwantowej powinno dostarczyć informacji na temat wszystkich turbulencji

W czasie prowadzonych testów naukowcy wykorzystywali hel-3 schłodzony do temperatur bliskiej zeru absolutnemu. Próbki znajdowały się wewnątrz obrotowej chłodziarki, a później naukowcom udało się wywołać i przeanalizować turbulencje kwantowe.. 

Jak wyjaśnia jeden z autorów nowych badań, Samuli Autti, powstawanie turbulencji kwantowych wokół pojedynczego wiru w kontrolowanych warunkach przez długi czas było niemożliwe. Okazało się, że klucz do sukcesu może tkwić w tzw. falach Kelvina, które działają na wiry, doprowadzając do sytuacji, w której energia całkowicie się rozprasza. Postępy w badaniach powinny doprowadzić do zrozumienia turbulencji we wszystkich skalach.

Czytaj też: Mówił o nich sam Einstein. Po ponad 100 latach pomogą w rozwoju technologii kwantowych

Znikanie energii z wirów w bardzo niskich temperaturach było kluczem do zrozumienia turbulencji kwantowych, dlatego – jak podkreślają autorzy – przeprowadzone eksperymenty są pierwszym przypadkiem, w którym teoretyczny model fal Kelvina przenoszących energię został zademonstrowany w prawdziwym świecie.