Kvantová turbulence v rotujícím supratekutém héliu

• Název práce v češtině: Kvantová turbulence v rotujícím supratekutém héliu
• Název v anglickém jazyce: Quantum turbulence in rotating superfluid helium
• Klíčová slova: supratekuté hélium|kvantová turbulence|rotace
• Klíčová slova anglicky: superfluid helium|quantum turbulence|rotation
• Akademický rok vypsání: 2023/2024
• Typ práce: disertační práce
• Ústav: Katedra fyziky nízkých teplot (32-KFNT)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. David Schmoranzer, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 02.11.2023
• Datum zadání: 03.11.2023
• Datum potvrzení stud. oddělením: 06.11.2023
• Konzultanti: Mgr. Emil Varga, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Kvantová turbulence představuje neuspořádané proudění kvantových kapalin, jako např. supratekuté hélium pod teplotou 2,17 K. Narozdíl od turbulence v klasických tekutinách se vyznačuje kvantováním cirkulace - existencí kvantovaných vírů. Přesto je možné mnohé podobnosti s klasickou turbulencí pozorovat, ale ne všechny aspekty tohoto proudění byly dosud studovány. Některé z nevyřešených otázek je možné s výhodou zkoumat v rotující kapalině, například je možné snadno vytvořit pravidelnou mřížku kvantovaných vírů a zkoumat její vibrační módy. Vliv rotace na složité turbulentní proudění vyvolené externě přitom lze očekávat podobný jako v klasické tekutině, kde rotace polarizuje vířivost v tekutině.

Hlavním tématem této práce bude studium interakce rotace a turbulentního proudění v supratekutém héliu pomocí metod měřících prostorovou hustotu kvantovaných vírů (tlumení druhého zvuku, mechanické mikro-/nano- rezonátory). Přitom bude možné s výhodou využít tyto rezonátory jako samostatné generátory turbulence a zkoumat vliv rotace nádoby na kritické parametry odpovídající přechodu od laminárního/potenciálního k turbulentímu proudění.

Práce bude dle potřeby a možností doplněna stážemi na zahraničních pracovištích, se kterými dlouhodobě spolupracujeme (např. Lancaster University, Aalto University), a zapojením do souvisejících experimentů v supravodivých fázích izotopů 3He či 4He.

Seznam odborné literatury

W. F. Vinen, The Detection of Single Quanta of Circulation in Liquid Helium II, Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, Vol. 260, No. 1301 (Feb. 21, 1961), pp. 218-236

Chapter 2 - Turbulent Dynamics in Rotating Helium Superfluids, V.B. Eltsov, R. de Graaf, R. Hänninen, M. Krusius, R.E. Solntsev, V.S. L’vov, A.I. Golov, P.M. Walmsley, in Progress in Low Temperature Physics, Volume 16, 2009, Pages 45-146

J.S. Tsakadze, S.J. Tsakadze, Properties of slowly rotating helium II and the superfluidity of pulsars. J Low Temp Phys 39, 649–688 (1980)

J.T. Mäkinen, S. Autti, P.J. Heikkinen, et al. Rotating quantum wave turbulence. Nat. Phys. 19, 898–903 (2023)

L. Skrbek a kol., Fyzika nízkých teplot, Matfyzpress

L.D. Landau, E.M. Lifshitz, Hydrodynamics

C.F. Barenghi, R.J. Donnelly, W.F. Vinen, Quantized Vortex Dynamics and Superfluid Turbulence, Springer Berlin (Heidelberg), 2001