КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-22-00718
НазваниеВзаимодействие квантовой и акустической турбулентности в сверхтекучем гелии-4
Руководитель Ефимов Виктор Борисович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук , Московская обл
Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-209 - Низкие температуры и сверхпроводимость
Ключевые слова Турбулентность, нелинейные волны, второй звук, квантовые вихри, энергетические каскады
Код ГРНТИ29.17.21
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Турбулентность относится к наиболее широко распространенному и наиболее интригующему направлению современной физики. Турбулентные процессы занимают диапазон размеров от микромира до явлений космического масштаба, от протекания крови по капиллярам, образования тромбов в сосудах до формирования турбулентной межзвездной плазмы и движения галактик. Наиболее интересными для человеческой деятельности и для безопасности его существования представляются процессы в атмосфере и океане, процессы формирования и распада макроскопических образований как то вихри, водовороты, циклоны. Понимание особенностей их образования, возможности влиять на их формирование, передачу энергии в диссипативную область из области накачки энергии, возможность увеличивать или уменьшать скорость распада таких систем представляют для нас несомненный интерес.
В рамках проекта предлагается провести исследование особенностей взаимодействия потенциального и тангенцального движения в модельной среде, поведение потоков в которой достаточно хорошо изучено, изучить взаимодействие нелинейных волн второго звука и квантовой турбулентности в сверхтекучем гелии. Уникальной особенностью сверхтекучего гелия являются его физические свойства квантовой жидкости. Во-первых, гелий как в нормальном, так и в сверхтекучем гелии имеет необычайно низкую вязкость, что для изучения обычной турбулентности позволяет на два порядка уменьшить размеры приборов или скорости жидкости по сравнению, скажем, с водой. Во-вторых, вихревые потоки в сверхтекучем гелии подчиняются законам квантовой механики и течение жидкости вокруг вихря квантуется. Так что мы можем описать достаточно однозначно потоки в жидкости при наличии вихрей. В-третьих, в сверхтекучем гелии наряду с обычным звуком (волнами плотности или давления) можно создавать волны второго звука (волны температуры или энтропии). Свойства волн второго звука имеют уникальные особенности. Коэффициент нелинейности таких волн необычайно велик, на расстоянии в несколько см волна любой формы при амплитуде dT/T~10^-3 превращается в ударную. При этом в зависимости от температуры разрывы в волнах могут образовываться как на фронте волны, так и на хвосте. Это означает, что накачивая систему гармонической волной мы можем наблюдать поток энергии из области накачки в диссипативную область за счет формирования кратных гармоник.
Основная идея предлагаемых экспериментов связана с изучением влияния квантовой турбулентности, которую можно вводить в объем распространения нелинейных волн контролируемым образом, на процессы передачи энергии в частотном спектре волн второго звука, исследовать влияние квантовых вихрей как диссипативных процессов на потоки энергии. С другой стороны, наличие противотоков нормальной и сверхтекучей компонент (второй звук) должно влиять на состояние вихревой системы, на скорость распада квантовой турбулентности. Постановка вопрос о взаимном влиянии потенциального и тангенцального движения, взаимодействии таких турбулентных процессов ранее не ставилась и такие взаимодействия не исследовалась.
В качестве прибора для распространения нелинейных волн предлагается использовать высокодобротный резонатор волн второго звука, в качестве источника вихревой турбулентности – кварцевые камертоны или пропеллер.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ