超流體是現代物理學研究中一個令人著迷的話題。超流體受量子力學控制并以其無摩擦流動而聞名，其不尋常的特性和深遠的應用引起了科學家的興趣。美國佛羅里達州立大學工程學院研究人員日前在研究渦流如何在量子流體中運動方面取得了里程碑式的突破性成果。他們對超流氦中渦環運動的研究發表在《自然·通訊》上，為支持最近開發的量子化渦流理論模型提供了關鍵證據。
研究人員表示，該發現解決了長期存在的問題，并增強了對超流體內渦動力學的理解。超流體的一個關鍵特征是存在量子化渦旋，類似于微型龍卷風的薄空心管。這些在超流氦的湍流和中子星旋轉相關現象中發揮著重要作用。然而，想要準確預測渦流運動非常具有挑戰性。
有鑒于此，研究團隊使用了被捕獲在渦環內的固化氘示蹤粒子。通過用片狀成像激光照射它們，團隊捕獲了精確的圖像并量化了它們的運動。
團隊使用多種理論模型進行了模擬，證明了只有最近提出的自洽雙向模型（S2W模型）才能準確地再現觀察到的渦環運動。根據S2W模型，環與熱環境相互作用時應該收縮，收縮速度比早期理論預測的要慢。
這一研究提供了首個支持S2W模型的實驗證據。其突破意義不僅僅局限于超流氦，經過驗證的S2W模型還有望在其他量子流體系統中得到應用，例如原子玻色—愛因斯坦凝聚體和超流體中子星。
