論文の概要: Quantum fluctuation-driven transport crossover between two liquid states in distinguishable helium-4
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.23127v1
- Date: Sat, 25 Jul 2026 10:05:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-28 22:34:14.999
- Title: Quantum fluctuation-driven transport crossover between two liquid states in distinguishable helium-4
- Title（参考訳）: 区別可能なヘリウム-4中の2つの液体状態間の量子ゆらぎ駆動輸送クロスオーバー
- Abstract要約: 低量子分散液(LQDL)と高量子分散液(HQDL)の2つの異なる液体の輸送特性について検討する。
HQDLは低温で出現し、超拡散と超低粘度を特徴とする異常なガス様輸送を示す。
この冷却によるガス様力学の逆直観的な出現は、核量子ゆらぎの主要な役割を反映している。
- 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: We show the emergence of a quantum fluctuation-driven transport crossover between two liquid states in distinguishable helium-4 obeying Boltzmann statistics, in the absence of atomic exchange. Using path integral centroid molecular dynamics simulations over 0.1-3.3 K and 1-60 bar, we investigate the transport properties of two distinct liquid states: the low quantum-dispersion liquid (LQDL) and the high quantum-dispersion liquid (HQDL). While LQDL exhibits conventional liquid behavior consistent with the Stokes-Einstein (SE) relation, HQDL emerges at lower temperatures and displays anomalous gas-like transport characterized by superdiffusion and ultralow viscosity, accompanied by a breakdown of the SE relation. This counterintuitive emergence of gas-like dynamics upon cooling reflects the dominant role of nuclear quantum fluctuations, in contrast to thermal fluctuations at higher temperatures. Across the LQDL-HQDL boundary, we identify a transport crossover marked by a qualitative change in the velocity autocorrelation function (VAF), a transition in the Prandtl number, and the emergence of transport minima in shear and kinematic viscosities, thermal conductivity, and thermal diffusivity. These minima reflect a crossover from liquid-like to gas-like transport upon cooling in the low-temperature subcritical region, in addition to the universal transport minima observed in the supercritical regime. The transition from oscillatory to monotonic VAF defines a second Frenkel line, distinct from the conventional Frenkel line observed in the supercritical region. LQDL is a heat-transport-dominated dissipative fluid, whereas HQDL is a momentum-dominated inertial fluid. These results demonstrate that nuclear quantum fluctuations alone induce gas-like liquid behavior and provide a unified picture of transport phenomena in distinguishable helium-4 without superfluidity.
- Abstract（参考訳）: ボルツマン統計に従えば、2つの液体状態間の量子ゆらぎ駆動輸送がボルツマン統計に従えば、原子交換が欠如していることを示す。
低量子分散液 (LQDL) と高量子分散液 (HQDL) の2つの異なる液体状態の輸送特性について検討した。
LQDLはStokes-Einstein(SE)関係と一致した従来の液体挙動を示すが、HQDLは低い温度で出現し、超拡散と超低粘度を特徴とする異常なガス様輸送を示す。
この冷却によるガス様力学の逆直観的な出現は、高温の熱ゆらぎとは対照的に、核量子ゆらぎの主要な役割を反映している。
LQDL-HQDL境界を越えて,速度自己相関関数(VAF)の定性的変化,Prendtl数の変化,およびせん断および運動粘性,熱伝導率,熱拡散率における輸送最小値の出現を特徴とする輸送クロスオーバーを同定した。
これらのミニマは、超臨界状態で観測される普遍的な輸送ミニマに加えて、低温の亜臨界領域における冷却時の液体から気体のような輸送への交差を反映している。
振動から単調VAFへの遷移は、超臨界領域で観測されたフレンケル線とは異なる第2のフレンケル線を定義する。
LQDLは熱輸送支配の散逸性流体であり、HQDLは運動量支配の慣性流体である。
これらの結果は、核量子のゆらぎだけで気体のような液体の挙動を誘導し、超流動性のないヘリウム4における輸送現象の統一的な画像を提供することを示した。
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