Регистрация вихревого движения в объеме сверхтекучего гелия инжектированными зарядами

Автор: Мадина Рафаиловна Султанова

Соавторы: Ремизов И.А.

Организация: ИФТТ РАН, ИТФ РАН

Регистрация вихревого движения в объеме сверхтекучего гелия инжектированными зарядами

На рисунке: Зависимость суммарного тока от времени. Usours=350В,Uside1=6В,Uside2=6В,Uup=5В,Udown=25В, Freq=13Гц,A=10В

 

Вихревое движение может быть создано волнами на поверхности жидкости. При движении двух неколлинеарных волн под углом друг к другу формируется решетка вихрей.[1] Первоначально эксперименты по генерации вихрей волнами проводились на воде. Однако в природе, помимо классических жидкостей, существуют и квантовые жидкости, в которых вихревое движение квантовано. К таким жидкостям относится гелий-4 при температуре ниже 2,17 К. При температурах около 1,3 К плотность сверхтекучей компоненты доминирует. Инжектированные заряды являются хорошими пробными частицами для изучения вихревых течений в сверхтекучей жидкости, поскольку они взаимодействуют с квантовыми и нормальными вихрями[2].

Основной целью данной работы является изучение формирования квантовых вихревых структур поверхностными волнами в широком диапазоне температур, а также изучение эволюции вихревых структур при изменении условий накачки волн. Исследования проводились в гелиевой ячейке, находящейся в гелиевом криостате. В ходе эксперимента измерялся ток, приходящий на сборный коллектор. Волны на поверхности возбуждались двумя перпендикулярными плунжерами.

Чтобы оценить поведение вихревой структуры после отключения накачки, мы измерили временную зависимость величины общего тока, поступающего на все 5 сегментов. Точки на рисунке демонстрируют результаты измерений, выполненных через 0, 5, 10, 15, 35, 45 минут после выключения откачки. Видно, что суммарный ток линейно увеличивается со временем примерно на 30%. Можно предположить, что доля зарядов не достигла коллекторов из-за взаимодействия с вихрями. По-видимому, в результате взаимодействия заряды могут отклоняться от прямой траектории и перемещаться к боковым граням.

Разработан метод исследования поведения вихревой системы в сверхтекучем гелии-4 с помощью инжектированных зарядов. Первые эксперименты показывают, что волны на поверхности сверхтекучего гелия генерируют вихри, которые проникают в объем. В будущих экспериментах мы планируем более детально изучить взаимодействие зарядов с квантовыми вихрями.

Работа выполнена при поддержке гранта Министерства науки и высшего образования РФ #075-15-2019-1893

1.    S.V. Filatov, V.M. Parfenyev, S.S. Vergeles, M.Y. Brazhnikov, A.A. Levchenko, V.V. Lebedev // Physical Review Letters. – 2016. – V. 116. – I. 5. – P. 054501.

2.    P. M. Walmsley, A. I. Golov, H. E. Hall, A. A. Levchenko, and W. F. Vinen, PRL 99, 265302 (2007)