利用粒子跟踪测速技术探索He II中的热对流
摘要：用PIV（粒子图像测速）和PTV（粒子跟踪测速）对He II中的热逆流进行可视化是困难的，因为示踪粒子的运动可以被He II的正常流体和超流体组分以及量子涡旋纠缠所影响。例如，早期的PTV实验观察到颗粒以正常流体速度$v_n$运动，而PIV实验观察到颗粒以$v_n/2$运动，尽管这些实验中施加的热流量范围相差一个数量级。为了解决这个明显的差异并探索热逆流中颗粒运动的统计特性，我们在几个流体温度下应用了PTV来研究各种热流量。我们引入了一种分析颗粒速度的方案，将正常流体中的颗粒和受涡线纠缠影响的颗粒分开。我们的结果显示，在较低热流量下，流向颗粒速度PDF（概率密度函数）中出现两个明显的峰值，一个位于正常流体速度$v_n$处（"G2"），一个接近$v_n/2$（"G1"）。在较高热流量下，只有一个峰值，接近$v_n/2$（"G3"）。使用我们的分离方案，我们发现贡献给G1和G2的颗粒之间没有尺寸差异。我们还表明，横向速度PDF的非经典特征完全来自于G1，而G2的对应PDF呈现经典的高斯形式。G2的横向速度波动，以及逆流衰减中的第二声音，表明正常流体的大尺度湍流不在两个峰值区域内。我们简要讨论可能解释我们观察结果的物理机制，揭示了G1速度波动可能与涡线速度波动相关，并提出了可能揭示底层物理的数值模拟方法。
作者：Brian Mastracci and Wei Guo
论文ID：1805.10762
分类：Other Condensed Matter
分类简称：cond-mat.other
提交时间：2018-06-27