Аннотация
Модифицированная версия уравнения Гросса-Питаевского (УГП), объединенная в систему с уравнением Ньютона, используется для моделирования взаимодействия звуковых волн с тяжелыми частицами, движущимися в квантовой жидкости. В отличие от классического кубического УГП мы используем уравнение с нелинейностью 7-го порядка, содержащее корректное уравнение состояния квантовой жидкости. Модификация позволяет нам применять данный формализм для изучения эффектов, связанных с изменением давления. В рассматриваемом процессе частица, движущаяся с заданной начальной скоростью, создает в жидкости возмущение в виде вихревого кольца. Последующее изменение давления, возникающее вследствие взаимодействия частицы со звуковой волной, инициирует процесс деления вихревого кольца. В результате взаимодействия образовавшихся вихрей, движущаяся частица оказывается окруженной затухающим облаком квантовой турбулентности с высокой степенью завихренности. Показано, как на определенном этапе эволюции облака, кинетическая энергия циркуляции жидкости вокруг частицы многократно увеличивается, образуя резонанс. В соответствии с гидродинамическим принципом Бернулли, увеличение скорости жидкости (кинетической энергии) приводит к уменьшению давления (потенциальной энергии) вокруг частицы. Данный механизм может помочь прояснить детали экспериментов с взрывающимися электронными пузырьками в жидком гелии, где дестабилизация пузырьков возникает в результате их взаимодействия со звуковыми волнами. Несмотря на короткое время релаксации турбулентного облака, эффект резонансной дестабилизации представляется как нечто распространенное и хорошо воспроизводящееся в квантовых жидкостях. Ничто не мешает одной и той же частице, в случае если она обладает достаточной энергией, создавать вихревое кольцо и проходить через турбулентную фазу неограниченное количество раз. В объеме квантовой жидкости, где допускаются вариации давления и присутствуют движущиеся инородные частицы, некоторая статистическая доля таких частиц должна быть окружена турбулентными облаками.
Ссылки (17)
1. E.J. Yarmchuk, M.J.V. Gordon, R. E. Packard. Phys. Rev.Lett. 43, 214 (1979).
2. J. Koplik, H. Levine. Physical Review Letters 71, 1375(1993).
3. P.M. Walmsley, A.I. Golov, H.E. Hall, A.A. Levchenko, W.F. Vinen. Phys. Rev. Lett. 99, 265302 (2007).
4. N.G. Berloff, P.H. Roberts. Phys. Rev. B 63, 024510 (2000).
5. G.P. Bewley, D.P. Lathrop, K.R. Sreenivasan. Nature 441, 588 (2006).
6. L.F. Gomez, K.R. Ferguson, J.P. Cryan, C. Bacellar, R.M.P.Tanyag, C. Jones et al. Science 345, 906 (2014).
7. F. Ancilotto, M. Pi, M. Barranco. Phys. Rev. B 90, 174512(2014).
8. F. Ancilotto, M. Pi, M. Barranco. Phys. Rev. B 91, 100503(2015).
9. T. Winiecki, C.S. Adams. Europhys. Lett. 52, 257 (2000).
10. N.G. Berloff. Fluid Dyn. Res. 41, 051403 (2009).
11. N.G. Berloff, M. Brachet, N.P. Proukakis. Proc. Natl.Acad. Sci. 111, 4675 (2014).
12. A. Ghosh, H.J. Maris. Phys. Rev. Lett. 95, 265301 (2005).
13. J. Classen, C.K. Su, H.J. Maris. Phys. Rev. Lett. 77, 2006(1996).
14. J.A. Geurst. Phys. Rev. B 22 (7), 3207 (1980).
15. C. Coste. European Physics Journal B 1 (2), 245 (1998).
16. N.G. Berloff. J. Low Temp. Phys. 116 (5), 359 (1999).
17. N.G. Berloff, A.J. Youd. Phys. Rev. Lett. 99 (14), 145301(2007).