流动尘埃等离子体中钉扎孤子的实验观测

钉扎孤子是由超声速运动物体在无黏流体中产生的特殊一类非线性解。它们以与运动物体相同的速度运动，从而保持钉扎在该物体上。作为一种众所周知的流体力学现象，它们已在数值模拟研究中被证明存在，但迄今尚未在等离子体中得到实验观测。本文报道了在流经带电障碍物的尘埃（复杂）等离子体中首次实验激发钉扎孤子。实验在Π形尘埃等离子体实验（DPEx）装置中进行，该装置利用微米级高岭土尘埃颗粒在直流辉光放电氩（Ar）等离子体背景下产生尘埃等离子体。一根带偏压的铜丝产生势结构，充当静止带电物体，使尘埃流体以高度超声速流经其上。在适当条件下，在实验室参考系中观测到非线性定常结构，对应于在运动流体参考系中随障碍物速度运动的钉扎结构。通过改变势结构的高度仔细调节尘埃流体的流动速度，对这些孤子的传播特性进行了系统研究。发现钉扎孤子的性质从单峰变为多峰，且其振幅随尘埃流体流速增大而增加。随后将实验结果与强迫Korteweg-de Vries（fKdV）方程模型的数值解进行了定性比较。