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以色列科学家首次在实验中发现原子与分子“涡束”

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发表于 2021-9-14 11:53:18 | 显示全部楼层 |阅读模式

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以色列魏茨曼科学院的物理学家Edvardas Narevicius的研究团队首次在实验中发现由原子和分子构成的、带有螺旋结构的“涡束(vortex beam)”,这项工作发表在9月3日出版的《科学》杂志上。此前的研究曾经发现由光子和电子构成的“涡束”,这类“涡束”在空间中呈现出螺旋形结构,并可通过量子物理机制构建特殊的微观图像,因而可以带来更多的微观世界的信息。这次发现的“涡束”则尚不知会有哪些用途。

vortex-beam-02.jpg


Narevicius团队在实验中让氦原子流过间距只有600纳米的格栅,然后在位于原子流的下游的探测器上捕捉到了一串圆环形的图像。这些圆环形图像就是由氦原子和氦的准分子形成的,表明氦原子和准分子在空间中做螺旋运动因而具有角动量。
Narevicius团队下一步打算研究原子和准分子“涡束”与其它粒子发生碰撞会发生什么现象。常规的粒子束碰撞已经为大家熟知,但这种带螺旋结构的“涡束”碰撞还从未有人研究过。



(消息来自Science News网站)
发表于 2021-9-15 22:53:37 | 显示全部楼层
本帖最后由 coolboy 于 2021-9-16 00:34 编辑

直观地推理、想象一下的话,“涡束”应该是由气流经过格栅时,由格栅的边界层的摩擦作用所产生的。
大家知道流体力学中有著名的、比较强的涡度守恒律或原理。流体力学中的许多现象都可用涡度守恒律来加以解释。既然涡度或涡旋有着比较强的守恒特性,那么涡度又是如何产生以及在何处产生的呢?一个比较靠谱的答案就是:涡度通常是在边界层由摩擦作用所产生的。

点评

嗯,这个新闻中的“涡束”应该是氦原子收到格栅上的固体分子作用形成的。湍流理论一般认为在这个尺度上只有热运动,现在看起来也不完全对。  详情 回复 发表于 2021-9-17 17:16
发表于 2021-9-17 17:16:04 | 显示全部楼层
coolboy 发表于 2021-9-15 22:53
直观地推理、想象一下的话,“涡束”应该是由气流经过格栅时,由格栅的边界层的摩擦作用所产生的。
大家知 ...

嗯,这个新闻中的“涡束”应该是氦原子受到格栅上的固体分子作用形成的。湍流理论一般认为在这个尺度上只有热运动,现在看起来也不完全对。

点评

流体力学中说到尺度一般都应该是无量纲数。这里涉及的应该是努森数(Knudsen number)Kn。对于中性流体,当Kn>>1时,需要动理学方程来描述、研究流体的运动。对于带电流体(等离子体),即使不满足Kn>>1的条件,也有  详情 回复 发表于 2021-9-17 21:12
发表于 2021-9-17 21:12:56 | 显示全部楼层
本帖最后由 coolboy 于 2021-9-18 06:18 编辑
周华 发表于 2021-9-17 17:16
嗯,这个新闻中的“涡束”应该是氦原子受到格栅上的固体分子作用形成的。湍流理论一般认为在这个尺度上只 ...


流体力学中说到尺度一般都应该是无量纲数。这里涉及的应该是努森数(Knudsen number)Kn。对于中性流体,当Kn>>1时,需要动理学方程来描述、研究流体的运动。对于带电流体(等离子体),即使不满足Kn>>1的条件,也有一部分粒子会偏离热平衡态的分布而需要区分对待。

点评

这个实验中的格栅间隔是600纳米,其knudsen数应该在0.1左右,所以应该属于过渡区吧。从第二张图上看,探测器上的图像是由散斑构成的,所以热运动和涡旋两种运动成分都有,可以看作是这两种运动的叠加,“涡束”强调  详情 回复 发表于 2021-9-18 15:54
发表于 2021-9-18 15:54:40 | 显示全部楼层
coolboy 发表于 2021-9-17 21:12
流体力学中说到尺度一般都应该是无量纲数。这里涉及的应该是努森数(Knudsen number)Kn。对于中性流体, ...

这个实验中的格栅间隔是600纳米,其knudsen数应该在0.1左右,所以应该属于过渡区吧。从第二张图上看,探测器上的图像是由散斑构成的,所以热运动和涡旋两种运动成分都有,可以看作是这两种运动的叠加,“涡束”强调的应该是后者。湍流研究中一般认为尺度很小的时候,机械能将耗散为热能,小涡耗散后应该就没有涡旋的结构了,所以这个实验对以前的这种认识应该是起到了修正作用。
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