低温缓冲气体单元中的流体动力学效应：来自混合模拟的设计启示

低温缓冲气体束源已成为需要低前向速度冷分子束实验的重要工具。尽管最近的实验进展在束源优化方面取得了显著进展，但由于描述稠密缓冲气体和稀薄种子分子所需的大参数范围带来的挑战，数值研究仍然有限。在本工作中，我们对在流体动力学提取机制下运行的低温缓冲气体束单元进行了数值评估。虽然先前的大多数研究集中在盒状或圆柱形单元上，但我们研究了球形单元中的流体动力学效应（包括涡旋形成），并评估了这些效应是否可用于增强分子冷却和提取的性能。为此，我们对氦缓冲气体进行了稳态滑流模拟，并采用直接模拟蒙特卡罗扩散程序来追踪粒子轨迹。我们比较了不同缓冲气体吞吐量和注入角度下束源的性能，并确定了涡旋形成能增强分子提取的参数范围。从模拟中，我们提取了实验可观测量，使得这些效应能够通过分子束的速度或飞行时间测量来验证。