En ny teknik för att studera virvlar i kvantvätskor har utvecklats av Lancaster -fysiker.

Andrew Guthrie, Sergey Kafanov, Theo Noble, Yuri Pashkin, George Pickett och Viktor Tsepelin, i samarbete med forskare från Moscow State University, använde små mekaniska resonatorer för att detektera enskilda kvantvirvlar i superfluid helium.

Deras verk publiceras i den nuvarande volymen av Naturkommunikation .

Denna forskning om kvantturbulens är enklare än turbulens i den verkliga världen, som observeras i vardagliga fenomen som assurf, snabbt flödande floder, böljande stormmoln, eller skorstensrök. Trots att det är så vanligt och finns på alla nivåer, från galaxerna till det subatomära, det är fortfarande inte helt förstått.

Fysiker känner till de grundläggande Navier-Stokes ekvationer som styr flödet av vätskor som luft och vatten, men trots århundraden av försök, de matematiska ekvationerna kan fortfarande inte lösas.

Kvantturbulens kan ge ledtrådar till ett svar.

Turbulens i kvantvätskor är mycket enklare än dess "röriga" klassiska motsvarighet, och består av identiska enstaka kvantiserade virvlar, kan ses som en "atomteori" om fenomenet.

Ohjälpligt, turbulens i kvantsystem, till exempel i superfluid helium 4, sker på mikroskopiska skalor, och hittills har forskare inte haft verktyg med tillräcklig precision för att undersöka virvlar så små.

Men nu är Lancaster -teamet, arbetar vid en temperatur på några tusendelsgrader över absolut noll, har utnyttjat nanovetenskap för att möjliggöra upptäckt av enstaka kvantvirvlar (med kärnstorlekar i nivå med atomdiametrar) genom att använda en nanoskala "gitarrsträng" i supervätskan.

Hur laget gör det är att fånga en enda virvel längs "strängens" längd (en stapel på cirka 100 nanometer tvärs över). Stångens resonansfrekvens ändras när en virvel fångas, och därmed kan virvlarnas fångst- och släpphastighet följas, öppnar ett fönster in i den turbulenta strukturen.

Dr Sergey Kafanov som initierade denna forskning sa:"De utvecklade enheterna har många andra användningsområden, varav en är att pinga slutet av en delvis infångad virvel för att studera nanoskala svängningar av virvelkärnan. Förhoppningsvis kommer studierna att öka vår insikt om turbulens och kan ge ledtrådar om hur man löser dessa envisa ekvationer. "