研究验证了描述涡环运动的自洽双向模型

超流体是现代物理学研究中一个令人着迷的话题。超流体受量子力学控制，以其无摩擦流动而闻名，以其不寻常的特性和深远的应用引起了科学家们的兴趣。

FAMU-FSU 工程学院的研究人员在郭伟教授的带领下，在研究涡流如何在这些量子流体中运动方面取得了突破性的里程碑。他们对超流氦中涡环运动的研究发表在 《自然通讯》上，为支持最近开发的量子化涡流理论模型提供了关键证据。

“我们的发现解决了长期存在的问题，并增强了我们对超流体内涡动力学的理解，”郭说。

超流体的一个关键特征是存在量子化涡旋——类似于微型龙卷风的薄空心管。这些在超流氦的湍流和中子星旋转的故障等现象中发挥着重要作用。然而，准确预测涡流运动已被证明具有挑战性。

为了解决这个问题，研究小组使用了被捕获在涡环内的固化氘示踪粒子。通过用片状成像激光照射它们，研究小组捕获了精确的图像并量化了它们的运动。

研究人员还使用各种理论模型进行了模拟，并证明只有最近提出的自洽双向模型(S2W 模型)才能准确地再现观察到的涡环运动。根据 S2W 模型，环在与热环境相互作用时应该收缩，尽管收缩速度比早期理论预测的要慢。

“这正是我们所看到的，”佛罗里达州立大学国家强磁场实验室的博士后研究员唐远说。“这项研究提供了第一个支持 S2W 模型的实验证据。”

这一突破的意义不仅仅局限于超流氦。经过验证的 S2W 模型有望在其他量子流体系统中得到应用，例如原子玻色-爱因斯坦凝聚体和超流体中子星。

“我们对 S2W 模型为未来研究提供的可能性感到兴奋，”Guo 说。“现在我们已经证实了它对于超流氦的有效性，我们的目标是将该模型应用于其他量子流体系统并探索新的科学挑战。”

这项研究的合作者包括庆应义塾大学的 Hiromichi Kobayashi、大阪都立大学的 Makoto Tsubota 和 Satoshi Yui 以及 FSU 研究生 Toshiaki Kanai。

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