Kuantum Türbülansta Enerjinin Nereye Gittiğinin Gizemi Çözülmüş Olabilir

Bir akışkandaki türbülansın tüm bilim ve mühendislik alanlarında uygulamaları vardır. Bir nötron yıldızına mı yoksa bir uçak motoruna mı odaklandığınız fark etmez: türbülans oradadır ve çoğu zaman güzel "basit" denklemlerinizi alt üst eder. Kuantum seviyesinde de türbülans vardır ve kuantum olan her şey gibi bu da tuhaf. Ancak bunu anlamak, her tür türbülansı anlamamıza yardımcı olabilir ve yeni bir atılım, tam da bunu yapmayı vaat ediyor.

Aalto Üniversitesi ve Lancaster Üniversitesi'nden araştırmacılar, kuantum türbülansın varlığı ve enerjinin bu kadar küçük ölçeklerde nasıl dağıldığı hakkında teorik bir tahminin doğrulandığını bildirdi.

Aalto Üniversitesi'nden baş yazar Dr. Jere Mäkinen, bir açıklamada, "Türbülansın temel yapı taşlarıyla ilgili araştırmamız, türbülansta farklı uzunluk ölçekleri arasındaki etkileşimlerin daha iyi anlaşılmasına yol göstermeye yardımcı olabilir." dedi.

"Klasik sıvılarda bunu anlamak, araçların aerodinamiğini iyileştirmek, hava durumunu daha doğru tahmin etmek veya borulardaki su akışını kontrol etmek gibi şeyler yapmamıza yardımcı olacak. Makroskopik türbülansı anlamanın çok sayıda potansiyel gerçek dünya kullanımı var."

Kuantum seviyesinde, türbülanslı akış, kuantum girdapları olarak bilinen çizgi benzeri merkezlerin etrafında sınırlı olarak bulunur. Kuantum mekaniğinin can alıcı yönü, özelliklerin alabileceği değerlerin sürekli olmayıp ayrık (yani nicemlenmiş) olmasıdır, dolayısıyla türbülansın alabileceği yalnızca küçük bir değerler kümesi vardır. Bu bir yandan modellemeyi kolaylaştırırken deneysel olarak test etmek kolay olmamıştır.

Ekip, dönen bir buzdolabına yerleştirilmiş mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda sıvı helyum-3 kullanmak zorunda kaldı. Daha sonra kuantum türbülansı ayrıntılı olarak oluşturup inceleyebildiler.

Lancaster Üniversitesi'nden ortak yazar Dr. Samuli Autti , "Deneylerde, tek bir girdap etrafında kuantum türbülansın oluşumu, onu bulmaya çalışan kuantum türbülans üzerinde çalışan tüm fizikçilere rağmen onlarca yıldır belirsiz kaldı. Buna süperakışkanlar ve atomik Bose-Einstein Yoğuşmaları (BEC) gibi kuantum gazları üzerinde çalışan kişiler de dahildir. Bu sürecin arkasındaki teorileştirilmiş mekanizma, Kelvin dalgası kaskadı olarak bilinir.” diye açıkladı.

Kelvin dalgaları girdaplar üzerinde etki ederek enerjiyi tamamen dağıldığı bir ölçeğe ulaşana kadar daha küçük ölçeklere iter. Türbülansın anlaşılmasında tüm ölçeklerde faydalı olacak önemli bir bulgu.

Dr. Mäkinen, "Enerjinin ultra düşük sıcaklıklarda nicemlenmiş girdaplardan nasıl kaybolduğu sorusu, kuantum türbülans çalışmasında çok önemli olmuştur." diye açıkladı. "Deneysel kurulumumuz, enerjiyi dağıtıcı uzunluk ölçeklerine aktaran Kelvin dalgalarının teorik modelinin gerçek dünyada ilk kez gösterilmesidir."

Çalışma Nature Physics'te yayınlandı.

Bu içerik IFLSCIENCE’da yayınlanmıştır.