Forskning skal afsløre turbulensens kaotiske mysterier

Et team af forskere under ledelse af The University of Manchester er på randen til at afsløre nogle af turbulensens mysterier - en naturkraft, der har kaotisk indflydelse på land, hav og luft.

Millioner af luft- eller søpassagerer har oplevet de angstfremkaldende virkninger af turbulens-men det er stadig dårligt forstået af forskere.

Men et gennembrudsforsøg kan hjælpe med at ændre dette. Pionerstudiet skal udføres af et team ledet af professor Andrei Golov fra Manchesters fysiske og astronomiske skole, med emeritusprofessor Joe Vinen, fra University of Birmingham, plus Dr. Paul Walmsley og emeritusprofessor Tom Mullin fra Manchester.

Denne gruppes arbejde er en del af et projekt på 2 millioner pund, ledet af professor Golov, det vil også involvere professor Peter McClintock og hans kolleger fra Lancaster University. Denne fireårige bevilling fra EPSRC vil finansiere Storbritanniens største forskningsprojekt om kvante-turbulens, ved hjælp af de højt specialiserede Manchester og Lancaster lavtemperatur laboratorier.

Professor Golov forklarede, at turbulens er vigtig at forstå og kontrollere, fordi dens kaotiske strøm ikke kun er til stede i mange virkelige og menneskeskabte fænomener, herunder vejrsystemer og flybevægelser i atmosfæren, vand strømmer i stormfulde hav og rør - men også plasmaudstød i solcoronaen og turbulens i det intergalaktiske medium.

"Alle disse fænomener har enorm betydning for menneskeliv og vores velstand - men på grund af dets iboende kompleksitet er vores forståelse af turbulens endnu ret dårlig, "sagde professor Golov.

For bedre at forstå turbulensens meget indflydelsesrige karakter University of Manchester-ledede team vil fokusere deres arbejde på turbulens i superfluider kendt som kvante-turbulens.

"På nogle måder er kvante -turbulens enklere end den klassiske hydrodynamiske turbulens, "Professor Golev tilføjede." Fordi den består af diskrete kvantiserede hvirvellinjer, og der er ingen viskositet - men på nogle måder er det mere komplekst, da den besidder coexistente hydrodynamiklignende og bølgelignende bevægelser af hvirvellinjer.

"Så vi kan anvende både eksisterende og nye teoretiske tilgange til at beskrive kvante -turbulens, hvilket nødvendigvis vil føre til fremskridt i forståelsen af ​​turbulens som et generelt fænomen."

På grund af problemets kompleksitet eksisterer der i øjeblikket kun rå teoretiske modeller for kvante -turbulens.

Men efter mere end et årti med forskning, Manchester-Birmingham-holdet er nu på nippet til at gennemføre et længe ventet eksperiment for at visualisere kvante-turbulens i nul-temperaturgrænsen. Brug af lasere, følsomme kameraer og roterende kryostater, de vil forestille vortexlinjers former og bevægelse i turbulent superfluid helium på kun 0,1 grader over det absolutte nul.

"Vi forventer, at dette arbejde vil føre til et revolutionerende gennembrud på dette område - så naturligvis er vi meget begejstrede, da vi forbereder os på dette banebrydende eksperiment, "tilføjede professor Golov.