Interaction of acoustic and thermal waves in superfluid helium: the hydrodynamic analogy of the Cherenkov effect

• Název práce v češtině: Interakcia akustického a tepelného vlnenia v supratekutom héliu: hydrodynamická analógia Čerenkovho javu.
• Název v anglickém jazyce: Interaction of acoustic and thermal waves in superfluid helium: the hydrodynamic analogy of the Cherenkov effect
• Klíčová slova: Supratekutosť|akustika|nízke teploty
• Klíčová slova anglicky: Superfluidity|acoustics|low temperatures
• Akademický rok vypsání: 2024/2025
• Typ práce: bakalářská práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra fyziky nízkých teplot (32-KFNT)
• Vedoucí / školitel: Mgr. Emil Varga, Ph.D.
• Řešitel: Balázs Szalai - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 02.01.2025
• Datum zadání: 02.01.2025
• Datum potvrzení stud. oddělením: 03.01.2025
• Datum a čas obhajoby: 17.06.2025 09:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 06.05.2025
• Oponenti: prof. RNDr. Ladislav Skrbek, DrSc.
• Konzultanti: Nadine Suzan Cetin, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Študent navrhne a skonštruuje kombinovaný rezonátor prvého a druhého zvuku a bude ho charakterizovať v supratekuom héliu.

Za pomoci rezonančnej kavity v ktorej je možné vyvolať stojaté vlnenie ako prvého aj druhého zvuku budú fázové fluktuácie, ktoré by mali byť vyvolané čerenkovým procesom, hľadané pomocou dvojitej demodulácie prvého zvuku tranzmitovaného skrz rezonančnú kavitu.

Získané výsledky budú porovnané s existujúcimi teoretickými predpoveďami a numerickými výpočtami.

Seznam odborné literatury

D.R. Tilley, J. Tilley, Superfluidity and Superconductivity, 3rd edn. (Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, 1990)
L. Skrbek a kol., Fyzika Nízkých Teplot 1 a 2, Matfzypress, Praha 2011
V. L. Pokrovskii, I. M. Khalatnikov, Transformation of first sound into second sound in superfluid Helium, Sov. Phys. JETP 44, 1036 (1976)
D. Rinberg, V. Steinberg, Parametric generation of second sound in superfluid helium: Linear stability and nonlinear dynamics, Phys. Rev. B 64, 054506 (2001)

Předběžná náplň práce

V supratekutom héliu, čo je fáza kvapalného 4He pod teplotou približne 2.2 K, sa okrem obyčajného (tzv. prvého) zvuku, pri ktorom oscilujú hustota a tlak, môže šíriť aj druhý zvuk, pri ktorom oscilujú hustota entropie a teplota. Do prvého rádu priblíženia sú tieto dva zvuky nezávislé, avšak rýchlosť prvého zvuku závisí na teplote a rýchlosť druhého zvuku zas na tlaku, čo vedie na existenciu tzv. parametrickej interakcie medzi týmito dvoma zvukmi.

Táto interakcie vedie na javy analogické k javom známym z optiky alebo časticovej fyziky: 1. rozpad jedného kvanta prvého zvuku na dve “kvantá” (kvantovanosť druhého zvuku doposiaľ nebola potvrdená) druhého alebo 2. Čerenkovo žiarenie, pri ktorom kvantum prvého zvuku vyžiari kvantum druhého zvuku, čo je jav, ktorý doposiaľ nebol experimentálne potvrdený.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

In superfluid helium, which is the phase of liquid 4He below approximately 2.2 K, apart from the ordinary, or “first”, sound (i.e., oscillation of pressure and density) a “second” sound can propagate as well, which is an oscillation of entropy density and temperature. To first approximation these sounds are independent, however, the speed of first sound depends on the temperature and the speed of second sound on pressure, which leads to so-called parametric interaction.

This interaction leads to effects analogous to phenomena known from optics or particle physics: 1. decay of a quantum of first sound into two “quanta” (quantization of second sound has not been shown thus far) or 2. Čerenkov radiation, during which a quantum of first sound emits a quantum of second sound. This effect has thus far not been observed experimentally.