論文の概要: Inverse energy cascade in two-dimensional quantum turbulence in a fluid
of light
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.08441v1
- Date: Tue, 15 Nov 2022 19:00:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-19 12:19:44.593840
- Title: Inverse energy cascade in two-dimensional quantum turbulence in a fluid
of light
- Title（参考訳）: 光流体中の2次元量子乱流における逆エネルギーカスケード
- Authors: Myrann Abobaker, Wei Liu, Tangui Aladjidi, Alberto Bramati and Quentin
Glorieux
- Abstract要約: 2次元では、運動エネルギーを伝達する長さスケール(慣性範囲)の存在は逆エネルギーカスケードとして知られている。
量子流体については、これらの逆カスケードの可能性について長い議論がある。
光の量子流体中の小から大スケールの運動エネルギーのフラックスの直接的実験的なシグネチャを報告する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.8085237889139085
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Turbulence in quantum fluids has, surprisingly, a lot in common with its
classical counterparts, including cascade of excitations across length scales.
In two dimensions, the existence of a range of length scales (the inertial
range) over which kinetic energy is transferred from small to large length
scales is known as an inverse energy cascade and has been observed in several
classical systems from soap films to Jupiter's atmosphere. For quantum fluids,
there has been a long debate about the possibility of these inverse cascades,
and while recent works suggest their existence, the microscopic mechanism is
still debated and a direct experimental observation is still missing. In this
work, we report a direct experimental signature of a flux of kinetic energy
from small to large length scales in a quantum fluid of light and the
observation of a Kolmogorov scaling law in the incompressible kinetic energy
spectrum. The microscopic origin of the algebraic exponents in the energy
spectrum is understood by studying the internal structure of quantized vortices
within the healing length and their clustering at large length scales. Finally,
we identify the statistical relationship between the inverse energy cascade and
the spatial correlations of clustered vortices. These results are obtained
using two counter-streaming fluids of light, which allows for a precise
preparation of the initial state and the in-situ measurement of the
compressible and incompressible fluid velocity. This novel platform opens
exciting possibilities for the study of non-equilibrium turbulence dynamics in
reduced dimensions with a controlled forcing mechanism and an homogeneous
density.
- Abstract（参考訳）: 量子流体の乱流は、長さのスケールで励起するカスケードを含む古典的な流れと驚くほど共通している。
二次元では、運動エネルギーが小さいから大きな長さのスケールに移される長さスケール(慣性範囲)の範囲は逆エネルギーカスケードとして知られ、石けん膜から木星の大気までいくつかの古典系で観測されている。
量子流体については、これらの逆カスケードの可能性に関する長い議論があり、最近の研究はそれらの存在を示唆しているが、微視的なメカニズムはまだ議論されており、直接の実験的な観測は未だに欠けている。
本研究では,光の量子流体中における小から大スケールの運動エネルギーのフラックスの直接的実験的シグネチャと,非圧縮性運動エネルギースペクトルにおけるコルモゴロフスケール則の観察について報告する。
エネルギースペクトル中の代数指数の微視的起源は、治癒長さ内における量子化された渦の内部構造とその大規模なクラスター化の研究によって理解される。
最後に、逆エネルギーカスケードとクラスター渦の空間的相関の統計的関係を同定する。
これらの結果は、初期状態の精密な調製と圧縮性および非圧縮性流体速度のその場測定が可能な2つの逆流性流体を用いて得られる。
このプラットフォームは、制御された強制機構と均質密度を持つ縮小次元における非平衡乱流力学の研究にエキサイティングな可能性を開く。
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