量子气体中湍流级联的涌现
量子气体
2016-11-04 v2 原子物理
流体动力学
量子物理
摘要
在现代对湍流的理解中，一个核心概念是激发从大尺度到小尺度（或反之）的级联的存在。这一概念由 Kolmogorov 和 Obukhov 于 1941 年提出，此后该现象在多种系统中被观察到，包括行星际等离子体、超新星、海浪和金融市场。尽管取得了大量进展，但由于多尺度的相互作用通常会阻碍对真实实验条件的理论模拟，对湍流的定量理解仍是一个挑战。在此，我们在弱相互作用均匀 Bose 气体中观察到了湍流级联的涌现，这是一种在所有相关尺度上都易于进行理论描述的量子流体。我们在光学盒中制备了一个 Bose-Einstein 凝聚态 (BEC)，用将能量泵入系统最大尺度的振荡力使其偏离平衡态，研究了 BEC 对周期性驱动的非线性响应，并观察到以动量空间中各向同性幂律分布为特征的级联的逐渐发展。我们使用 Gross-Pitaevskii 方程 (GPE) 对实验进行了数值建模，发现与测量结果高度吻合。我们的实验确立了均匀 Bose 气体作为研究湍流多个方面的有前景的新平台，包括涡旋湍流与波湍流的相互作用以及量子与经典效应的相对重要性。
引用
@article{arxiv.1609.01271,
title = {Emergence of a Turbulent Cascade in a Quantum Gas},
author = {Nir Navon and Alexander L. Gaunt and Robert P. Smith and Zoran Hadzibabic},
journal= {arXiv preprint arXiv:1609.01271},
year = {2016}
}
备注
7 pages, 5 figures