Углы ломают сверхтекучесть экспресс
Сверхтекучая жидкость течёт без трения, как вода в идеально гладкой трубе, но стоит ей встретить препятствие, и картина меняется. В новой работе рассмотрели, как сверхтекучий поток огибает прямоугольные стенки и ямы с острыми углами. Оказалось, что у самых углов скорость течения резко подскакивает — как воздух у крыла самолёта, только сильнее. Именно это ускорение, а не общая скорость потока, решает, когда в жидкости зарождаются вихри — крошечные квантованные водовороты.
Используя математический метод, восходящий к работам Германа Шварца, авторы нашли точные формулы для критической скорости — той, при которой вихри начинают появляться. Формулы зависят только от ширины препятствия и его высоты или глубины. Численные расчёты подтвердили теорию с высокой точностью. Это значит, что можно заранее предсказать, при какой скорости сверхтекучий поток потеряет устойчивость, просто измерив размеры препятствия.
Результаты напрямую применимы к экспериментам с бозе-эйнштейновскими конденсатами — облачками атомов, охлаждённых почти до абсолютного нуля, где сверхтекучесть наблюдают в лаборатории. Там препятствия с острыми краями создают лазерными лучами, и теперь можно точнее рассчитать, когда появятся вихри. Это шаг к управлению квантовыми вихрями — а они могут стать элементами будущих квантовых устройств.
Квантованные вихри в сверхтекучем гелии впервые увидели в 1950-х, пропуская через жидкость пучок электронов — вихри отбрасывали тени, как крошечные смерчи.