Forskare vid Florida State University med huvudkontor i National High Magnetic Field Laboratory har gjort en upptäckt i vätskedynamik som verkligen är värt att korka en flaska fint vin.

Wei Guo, docent i maskinteknik vid FAMU-FSU College of Engineering, och MagLab -forskarassistent Toshiaki Kanai publicerade en ny studie i tidskriften Fysiska granskningsbrev som belyser hur kvantvätskor - även kallade superfluider - smälter samman. Det visar sig att de använder en korkskruvmekanism.

På atomnivå, dessa vätskor följer en helt annan uppsättning regler som uppstår vid ultralåga, eller kryogen, temperaturer. I detta fall, att temperaturen svävar runt -273 grader Celsius (cirka -460 grader Fahrenheit), mycket kallare än någonstans på jorden. En sådan miljö kan endast nås med stora ansträngningar i speciella laboratorier.

Med andra ord, kvantvätskor, även kallad superfluids, är riktigt bisarra. De är också av stort intresse för forskare delvis eftersom de finns i kosmos - i neutronstjärnor och, eventuellt, i mörk materia.

"Neutronstjärnor, väsentligen, är stora, roterande superfluiddroppar, och dessa droppar kan smälta samman, "sa Guo, en utbildad fysiker som övervakar MagLabs Cryogenics Research Group. "Så vi ställde frågan:Vad händer när roterande superfluiddroppar smälter samman? Hur överförs rotationen från en till en annan?"

Svaret de fick, baserat på numeriska simuleringar, kom som en överraskning. Resultaten visade att rotationen av dessa vätskor hade liten likhet med klassisk vätskedynamik. Dock, det kan uppskattas av alla som gillar enstaka bägare av gewürztraminer:Mekanismen var en korkskruv.

Supervätskan de modellerade var ett Bose-Einstein-kondensat. BEC är ett helt annat tillstånd av materia än luft, flytande, fast eller plasma, bildas genom kylning av en gas med mycket låg densitet till nästan absolut noll, lägsta möjliga temperatur. I detta frigida tillstånd har atomerna, sugit av nästan all sin energi, i huvudsak fungera som en. De har noll viskositet; en BEC flyter utan att tappa någon energi.

I vår klassiska värld, när en snurrande regndroppe faller i en stilla vattendrag, regndroppens rotationsrörelse och vinkelmoment överförs till vattnet det ploppar i genom snurrande strukturer vi känner som virvlar.

Men när Kanai skapade en modell för att se vad som händer i kvantvärlden när en snurrande droppe BEC går ihop med en statisk, det fanns inga tecken på virvlar eller virvlar. Ändå skedde en rörelseöverföring.

"Virvlarna förblev i snurrande droppe - men de överfördes inte till toppen, "Guo förklarade." Men på något sätt överfördes rotationsrörelser och vinkelmoment till den andra regionen. Så vi kände att det måste finnas någon annan mekanism som spelar den rollen. En märklig struktur dök upp vid gränssnittet mellan de två dropparna - konstigt eftersom det inte förekommer i konventionella, viskösa vätskor. "

Den konstiga strukturen:en korkskruv.

"Strukturen fungerar ungefär som en korkskruv, "utövar ett vridmoment, Guo förklarade. "Det genererar rotationsrörelsen i toppen, statisk, och saktar sedan ner rotationen av den nedre. På det här sättet, rotationen överförs från botten till toppen. "

Resultaten var dubbelt spännande, sade Kanai, som verkade lite förvirrad över att redan vara huvudförfattare till en publikation medan han fortfarande var doktorand i fysik vid Florida State.

"Efter att vi observerat korkskruvstrukturen första gången, vi hade så många frågor, "sa han." Vad orsakar denna struktur? Hur påverkar strukturen dynamiken? Så själva upptäckten var mycket intressant; men efter det, Att förstå upptäckten var också mycket spännande. "

Guo sa att deras arbete kan belysa andra forskningsområden - mörk materia och neutronstjärnor på kosmologisk nivå och, på kvantnivå, utvecklingen av BEC-baserad teknik som sensorer eller kvantdatorer, ett framväxande område som kallas atomtronics.

"Detta kan ge astrofysiker lite information om vilken typ av strukturer de bör titta på när de observerar himlen, "Sa Guo.

Så nästa gång du korkar ur en flaska vino och beundrar dess viskositet när den virvlar runt ditt glas, höja en toast till vridmoment, till bisarrt, inviscid Bose-Einstein kondenserar och till vetenskapens oändliga underverk.