由佛罗里达州立大学的Trisha Radulovich创作
与2D球壳玻色-爱因斯坦凝聚体中不存在翁萨格涡旋相反，显示2D圆盘玻色-爱因斯坦凝聚体中大尺度翁萨格涡旋自发出现的图示(阴影区域)
信用:郭玮 FAMU-FSU工程学院和国家强磁场实验室的研究人员对一种量子流体中涡流的形成有了新的见解，这项工作可能有助于我们理解涡流团如何形成的物理奥秘，并为地球和木星等行星上的大气涡旋运动提供有价值的理解
研究人员揭示了二维超流体中所谓翁萨格涡流形成的另一种解释，这种量子流体可以无摩擦流动
他们的发现发表在《物理评论快报》上
该研究的首席研究员、机械工程副教授郭玮说:“这一发现为我们解释了这些漩涡可能是如何形成的提供了新的解释，并且是朝着继续提高我们对量子物理学的理解迈出的重要一步。”
1949年，诺贝尔奖获得者拉斯·昂萨格提出了一个简单的理论，该理论与我们对湍流2D流体中涡旋运动的理解有关，这种流体被限制在二维空间中运动
翁萨格的理论认为，当能量不断地被添加到具有混沌小漩涡(形式上称为漩涡)的2D湍流流体中时，当能量足够高时，那些以相同方向旋转的漩涡将聚集形成大规模的持续漩涡
这些星系团或大尺度漩涡被称为“翁萨格涡旋”
“木星的大红斑就是一个很好的例子
“翁萨格的理论要求向2D流体中加入能量，”郭说
“然而，最近的出版物显示，在2D玻色-爱因斯坦凝聚体(BECs)中，翁萨格涡旋可以在没有能量输入的情况下自发出现
我们着手对这些惊人的结果进行更多的调查
" BEC是一种物质状态，其中相同的原子或分子被激光或磁阱限制并冷却到接近绝对零度
处于BEC状态的粒子占据相同的量子力学能级，并且可以表现出超流体行为，例如在没有动能明显损失的情况下流动，以及围绕称为涡流管的微小空心管旋转
通过适当的陷阱，BEC可以被限制为具有准2D圆盘形状，即具有小厚度但大半径的形状
2D BEC的涡流管看起来像微小的点漩涡，可以作为翁萨格理论的理想试验平台
显示在2D盘状玻色爱因斯坦凝聚体上形成的翁萨格涡旋的视频模拟
学分:郭玮/FAMU-FSU工程学院 郭说:“对于盘状BECs中自发出现的涡，一个广为接受的解释是蒸发加热机制。”
“这种机制指的是物理学家所说的涡旋湮灭，即一对旋转方向相反的涡旋融合消失，就像正电荷中和负电荷一样
" “随着涡流的消失，每个涡流的能量增加，这导致了涡流的形成，”与郭一起在国家强磁场实验室工作的研究生Toshiaki Kanai说
然而，在Kanai和郭在研究湍流涡旋运动时进行的数值模拟中，当BECs被限制在球体表面时，他们发现尽管涡旋对湮灭，但涡旋从未形成
研究人员随后对圆盘BECs和球壳BECs中的涡旋动力学进行了对比研究
“我们最终发现，翁萨格涡旋的自发形成并不是由于公认的蒸发加热机制，”郭说
“真正的机制是漩涡从2D BEC边界退出
" 圆盘BEC有一个旋涡可以离开的圆周，而球壳BEC没有任何边界
因此，根据研究人员的说法，翁萨格涡旋只在圆盘BECs中观察到，而在球形BEC壳中没有
郭说:“确定BECs中涡旋自发形成的真实机制代表了我们对超流湍流理解的一个重大进步。”
“我们关于球体上点涡的发现可能代表了一个概念上有趣的行星大气模型，这些发现可以在美国宇航局的太空实验室进行实验测试
" 美国宇航局最近在国际空间站安装了一个冷原子实验室，这使得生产球壳几何形状的BECs成为可能
未来对零重力的实验研究将有助于推动这一领域的科学发展
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