Minikokoinen aaltokone avaa suuria tieteellisiä ovia

Queenslandin yliopiston tutkijat ovat rakentaneet piisirulle mikroskooppisen "meren" aaltojen dynamiikan tutkimuksen pienentämiseksi.

UQ:n matematiikan ja fysiikan laitoksella valmistettu laite käyttää vain muutaman miljoonasosamillimetrin paksuista supranestemäistä heliumkerrosta riisinjyvää pienemmällä sirulla.

Tri Christopher Baker sanoi, että se on maailman pienin aaltosäiliö, jonka supranestemäisen heliumin kvanttiominaisuudet mahdollistavat sen virtaamisen ilman vastusta, toisin kuin klassiset nesteet, kuten vesi, jonka viskositeetti muuttuu liikkumattomaksi niin pienissä mittakaavoissa.

"Nesteiden liikkumisen tutkimus on kiehtonut tiedemiehiä vuosisatojen ajan, koska hydrodynamiikka ohjaa kaikkea valtameren aalloista ja hurrikaanien pyörteistä veren ja ilman virtaukseen kehossamme", tohtori Baker sanoi.

"Mutta suuri osa aaltojen ja turbulenssin taustalla olevasta fysiikasta on ollut mysteeri."

"Olemme havainneet useita silmiinpistäviä ilmiöitä järjestelmässämme käyttämällä lasersädettä aaltojen ohjaamiseen ja mittaamiseen."

”Näimme aaltoja, jotka kallistuivat taaksepäin eteenpäin suuntautumisen sijaan, shokkirintamia ja yksinäisiä aaltoja, joita kutsutaan solitoneiksi ja jotka etenivät pikemminkin painaumina kuin huippuina.”

"Tämä eksoottinen käyttäytyminen on ennustettu teoriassa, mutta sitä ei ole koskaan ennen nähty."

Professori Warwick Bowen sanoi, että Queenslandin kvanttioptiikan laboratoriossa käytetty sirumittakaavainen lähestymistapa voisi lyhentää kokeiden kestoa miljoonakertaisesti ja lyhentää tiedonkeruun päivien määrän millisekunneiksi.

”Perinteisissä laboratorioissa tutkijat käyttävät valtavia, jopa satojen metrien pituisia altaita tutkiakseen matalan veden dynamiikkaa, kuten tsunameja ja harha-aaltoja”, professori Bowen sanoi. "Mutta nämä laitteet saavuttavat vain murto-osan luonnossa esiintyvien aaltojen monimutkaisuudesta."

"Turbulenssi ja epälineaarinen aaltoliike muokkaavat säätä, ilmastoa ja jopa puhtaiden energiateknologioiden, kuten tuulipuistojen, tehokkuutta."

"Miniatyyrilaitteemme vahvistaa näitä monimutkaisia käyttäytymismalleja ohjaavia epälineaarisuuksia yli 100 000-kertaisesti."

"Mahdollisuus tutkia näitä vaikutuksia sirumittakaavassa – kvanttitason tarkkuudella – voisi mullistaa tapamme ymmärtää ja mallintaa niitä."

Professori Bowen sanoi, että yliopistonsa kehitystyö avaa tien ohjelmoitavalle hydrodynamiikalle.

"Tulevissa kokeissa teknologiaa voitaisiin käyttää uusien virtausdynamiikan lakien löytämiseen ja teknologioiden suunnittelun nopeuttamiseen aina turbiineista laivojen runkoihin."

”Kokeet tällä pienellä alustalla parantavat kykyämme ennustaa säätä, tutkia energiakaskadeja ja jopa kvanttipyörredynamiikkaa – kysymyksiä, jotka ovat keskeisiä sekä klassiselle että kvanttifluidimekaniikalle.”

Aiheesta aiemmin:

Kuplat, jotka rikkovat sääntöjä: Sujuva löytö, joka uhmaa logiikkaa

Sydän sykkii mikrosirulla