論文の概要: Universal equation of state for wave turbulence in a quantum gas
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.08652v1
- Date: Fri, 16 Dec 2022 18:59:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-09 13:38:01.179969
- Title: Universal equation of state for wave turbulence in a quantum gas
- Title（参考訳）: 量子気体中の波動乱流の普遍状態方程式
- Authors: Lena H. Dogra, Gevorg Martirosyan, Timon A. Hilker, Jake A. P.
Glidden, Ji\v{r}\'i Etrych, Alec Cao, Christoph Eigen, Robert P. Smith, Zoran
Hadzibabic
- Abstract要約: 物質波の乱流カスケードにEoSを実験的に構築する。
運動量分布と基礎となるエネルギーフラックスの振幅を平衡状態変数として確立する。
この結果、普遍次元のないEoSが理論のベンチマークを設定でき、他の乱流系にも関係があるはずである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Boyle's 1662 observation that the volume of a gas is, at constant
temperature, inversely proportional to pressure, offered a prototypical example
of how an equation of state (EoS) can succinctly capture key properties of a
many-particle system. Such relations are now cornerstones of equilibrium
thermodynamics. Extending thermodynamic concepts to far-from-equilibrium
systems is of great interest in various contexts including glasses, active
matter, and turbulence, but is in general an open problem. Here, using a
homogeneous ultracold atomic Bose gas, we experimentally construct an EoS for a
turbulent cascade of matter waves. Under continuous forcing at a large length
scale and dissipation at a small one, the gas exhibits a non-thermal, but
stationary state, which is characterised by a power-law momentum distribution
sustained by a scale-invariant momentum-space energy flux. We establish the
amplitude of the momentum distribution and the underlying energy flux as
equilibrium-like state variables, related by an EoS that does not depend on the
details of the energy injection or dissipation, or the history of the system.
Moreover, we show that the equations of state for a wide range of interaction
strengths and gas densities can be empirically scaled onto each other. This
results in a universal dimensionless EoS that sets benchmarks for the theory
and should also be relevant for other turbulent systems.
- Abstract（参考訳）: ボイルの1662年の観測では、気体の体積は常温では圧力に逆比例しており、状態方程式(eos)が多粒子系の重要な性質を簡潔に捉える方法の典型例となった。
このような関係は現在平衡熱力学の基礎となっている。
熱力学の概念を遠方平衡系に拡張することは、眼鏡、活性物質、乱流など様々な文脈において非常に興味深いが、一般にはオープンな問題である。
ここでは, 均一な超低温原子ボースガスを用いて, 物質波の乱流カスケードのためのEoSを実験的に構築する。
ガスは、大きなスケールでの連続的な強制と小さいスケールでの散逸の下では、スケール不変の運動量-空間エネルギーフラックスによって持続されるパワーロー運動量分布によって特徴づけられる非熱的だが定常状態を示す。
我々は、エネルギー注入や散逸の詳細や系の歴史に依存しないEoSによって関係づけられた平衡状態変数として運動量分布と下層のエネルギーフラックスの振幅を定めている。
さらに, 幅広い相互作用強度と気体密度に対する状態方程式が, 実験的に相互にスケールできることを示した。
この結果、普遍次元のないEoSは理論のベンチマークを設定し、他の乱流系にも関係する。
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