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液氦-4在接近絕對零（-273°C）的低溫下處于超流體狀態(tài)，具有一種特殊的渦流，稱為量子化渦流，源自量子力學效應。 當溫度較高時，超流氦中同時存在法向流體，量子化渦流運動時，其與法向流體之間會產生相互摩擦。 然而，很難準確解釋量子化渦旋如何與運動中的正常流體相互作用。

盡管物理學界已經提出了幾種理論模型，但尚不清楚哪種模型是正確的。由大阪都立大學科學研究生院和南部洋一郎理論與實驗物理研究所的 Makoto Tsubota 教授和特聘助理 Satoshi Yui 教授領導的研究小組與佛羅里達州立大學和慶應義塾大學的同事合作， 以數(shù)值方式研究了量子化渦旋與法向流體之間的相互作用。

根據實驗結果，研究人員決定了幾個理論模型中最一致的一個。 他們發(fā)現(xiàn)，考慮正常流體變化并包含理論上更準確的相互摩擦的模型與實驗結果最相符。

平面以上量化渦旋環(huán)的可視化（綠色曲線），正常流體渦旋環(huán)（紅色半圓）。資料來源：Makoto Tsubota, OMU

“這項研究的主題是量子化渦旋與正常流體之間的相互作用，自從我 40 年前開始在這一領域進行研究以來，一直是一個巨大的謎團，”坪田教授說道。 “計算的進步使得解決這個問題成為可能，我們佛羅里達州立大學的合作者出色的可視化實驗取得了突破。 正如科學中經常發(fā)生的情況一樣，技術的后續(xù)發(fā)展使得闡明這一問題成為可能，這項研究就是一個很好的例子?！?/p>

他們的研究結果于2023年5月23日發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

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