密度分层流体中粒子的导波流体动力学

受弹跳液滴实验启发——该实验揭示了宏观系统如何展现此前被认为仅属于量子体系的波粒二象性——本文引入一种基于在密度分层流体中传播的内重力波的新型波粒体系。在该流体介质中振荡的粒子(称为 ludion)的近期实验表明,波粒相互作用可诱发对称性破缺,从而导致粒子在水平面内发生自发的自推进运动。本文提出一种极简的流体动力学理论,表明该不稳定性可由 ludion 与其自身波场相互作用所产生的 Doppler 力加以解释。我们通过直接数值模拟验证了理论预测,确认不稳定性的增长率由粒子振荡幅度决定。在有界壁面区域中,内波的反射产生一种类 Casimir 势,该势迅速形成并约束粒子运动。尽管存在 Doppler 力,该势仍主导 ludion 的长期动力学,使其被捕获于势阱附近的不动点或混沌吸引子中。我们表明,一个极简的动力学模型能够很好地捕捉该行为的主要特征。我们的研究确立了 ludion 作为一种新型流体动力学导波体系,为探索宏观波粒行为(尤其是三维构型下的行为)提供了新平台。