論文の概要: Regimes of Steady-State Turbulence in a Quantum Fluid

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.03184v2
• Date: Tue, 17 Dec 2024 01:00:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-18 13:54:14.798271
• Title: Regimes of Steady-State Turbulence in a Quantum Fluid
• Title（参考訳）: 量子流体中の定常乱流のレジーム
• Authors: Tommy Z. Fischer, Ashton S. Bradley,
• Abstract要約: 異方性強制から広範囲の強制振幅に対する等方性乱流の発生を観察する。 スペクトルは、密度の強い渦乱流に関連する圧縮可能な運動エネルギーのみに対して$k-7/3$レギュレーションに遷移する。 強い強制機構は、小さな渦消滅によって駆動される圧縮可能エネルギーの逆カスケードと一致している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: We simulate the Gross-Pitaevskii equation to model the development of turbulence in a quantum fluid confined by a cuboid box potential, and forced by shaking along one axis. We observe the development of isotropic turbulence from anisotropic forcing for a broad range of forcing amplitudes, and characterise the states through their Fourier spectra, vortex distributions, and spatial correlations. For weak forcing the steady-state wave-action spectrum exhibits a $k^{-3.5}$ scaling over wavenumber $k$; further decomposition uncovers the same power law in both compressible kinetic energy and quantum pressure, while the bulk superfluid remains phase coherent and free from extended vortices. As the forcing energy exceeds the chemical potential, extended vortices develop in the bulk, disrupting the $k^{-3.5}$ scaling. The spectrum then transitions to a $k^{-7/3}$ regime for compressible kinetic energy only, associated with dense vortex turbulence, and phase coherence limited to the healing length. The strong forcing regime is consistent with an inverse cascade of compressible energy driven by small-scale vortex annihilation.
• Abstract（参考訳）: 我々はGross-Pitaevskii方程式をシミュレートし、立方体箱電位に制限された量子流体における乱流の発生をモデル化し、一軸に沿って揺れることによって強制する。 異方性強制から広範囲の強制振幅に対する等方性乱流の発生を観察し, フーリエスペクトル, 渦分布, 空間相関による状態の特徴付けを行う。 弱い強制のために、定常波動スペクトルは、$k^{-3.5}$の波数$k$のスケーリングを示すが、さらに分解すると、圧縮可能な運動エネルギーと量子圧の両方において同じパワー則が明らかとなり、バルク超流動は相整合性であり、拡張渦から解放される。 強制エネルギーが化学ポテンシャルを超えると、拡張渦はバルクで発達し、$k^{-3.5}$スケールが破壊される。 その後、スペクトルは圧縮可能な運動エネルギーのみのための$k^{-7/3}$レギュレーションに遷移し、密度の渦乱流と位相コヒーレンスはヒーリング長に制限される。 強い強制機構は、小さな渦消滅によって駆動される圧縮可能エネルギーの逆カスケードと一致している。

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