論文の概要: Microscopic picture of superfluid $^4$He

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.02236v2
• Date: Thu, 24 Nov 2022 03:10:31 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-20 09:12:05.433394
• Title: Microscopic picture of superfluid $^4$He
• Title（参考訳）: 超流動$^4$Heの顕微鏡像
• Authors: Yongle Yu, Hailin Luo
• Abstract要約: 超流動ヘリウム4の微視的量子像は、その多体レベルの隠れた性質を明らかにする助けとなる。 遷移点以下では、システムの低層レベルがグループ構造を形成し、各レベルが1つの特定のグループにのみ属していることが示される。 我々は, ヘリウム4スーパーフローが, 速度に応じてかなりの熱エネルギーを消費していることを確認する4ドルHeスーパーフローの反直感的自己加熱効果を実験的に観察した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: We illustrate the microscopic quantum picture of superfluid helium-4 with the help of revealing a hidden property of its many-body levels. We show that, below the transition point, the low-lying levels of the system form a grouping structure with each level belonging to one specific group only. In a superflow state or a static state, the system establishes a group-specific thermal equilibrium with its environment and the levels of an initially-occupied group shall be thermally distributed. The other initially-unoccupied groups of levels remain unoccupied, due to the fact that inter-group transitions are prohibited. The macroscopically observable physical quantities of the system, such as superflow velocity and thermal energy density, are determined statistically by the thermal distribution of the occupied group(s). We further show that thermal energy of a superflow has an unusual flow velocity dependence: the larger the velocity is, the smaller the thermal energy. This velocity dependence is responsible for several intriguing phenomena of the system, such as the mechano-caloric effect and the fountain effect, which demonstrate a fundamental coupling between the thermal motion of the system and its hydrodynamic motion. We report an experimental observation of a counter-intuitive self-heating effect of $^4$He superflows, which confirms that a helium-4 superflow carries significant thermal energy depending on its velocity.
• Abstract（参考訳）: 超流動ヘリウム4の微視的量子像は、その多体レベルの隠れた性質を明らかにする助けとなる。 遷移点以下では、システムの低層レベルがグループ構造を形成し、各レベルは1つの特定のグループのみに属していることを示す。 スーパーフロー状態又は静的状態において、システムは、その環境とグループ固有の熱平衡を確立し、初期占有群のレベルを熱分散する。 グループ間の移行が禁止されているため、他の未占有レベルのグループも未占有のままである。 超流動速度や熱エネルギー密度などの巨視的観測可能な系の物理量は、占有群の熱分布によって統計的に決定される。 さらに, 超流動の熱エネルギーは, 流速が大きくなるほど熱エネルギーが小さくなるという異常な流れ速度依存性を示す。 この速度依存性は、系の熱運動と流体力学的運動の基本的な結合を示すメカノ・カロリック効果やファウンテン効果など、いくつかの興味深い現象の原因となっている。 ヘリウム4の超流動は,その速度によって大きな熱エネルギーを供給していることを確認するため,逆直観的な自己加熱効果を実験的に観察した。

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