量子化涡旋的超扩散揭示量子湍流中的标度行为

通用的标度律，如 Kolmogorov 5/3 律，是经典流体湍流研究的里程碑式成就。对于原子玻色-爱因斯坦凝聚体、超流氦与超流中子星等量子流体，湍流亦可存在于不断演化的量子化涡旋线混沌缠结之中。然而，由于缺乏可直接探测涡旋缠结运动的合适实验工具，迄今为止，关于刻画量子流体湍流（QT）中涡旋速度关联与轨迹统计的可能标度律知之甚少。获取此类知识将极大裨益于 QT 高级统计模型的发展。本文报道一项实验，其中超流 $^4$He 中的涡旋缠结由固化氘示踪粒子修饰。在这些示踪粒子跟随涡旋运动的实验条件下，我们观测到涡旋的明显超扩散。我们的分析表明，该超扩散并非源于 Lévy 飞行（即已知导致随机游走者超扩散的长距离跳跃），而是揭示出一种此前未知、作为成因的涡旋速度时间关联幂律标度。该发现或可激励未来关于 QT 中隐藏标度律的研究。