О возможности наблюдения взаимодействия двух типов возмущений в сверхтекучем гелии: потенциальной и вихревой турбулентности

Ключевые слова: сверхтекучий гелий, второй звук, квантованные вихри, кварцевый камертон

Аннотация

В данной работе формулируется задача и представлены характеристики измери-тельной ячейки для изучения взаимодействия волн второго звука и квантованных вихрей, т. е.  взаимодействие потенциального и вихревого движений в сверхтекучем гелии. Пер-воначально гармонические волны второго звука за счет сильной нелинейности передают энергию через каскады кратных гармоник от частот накачки в область вязкостной дисси-пации – акустическая турбулентность потенциальных потоков. Реализация такой турбу-лентности возможно в цилиндрическом резонаторе волн второго звука. Для сверхтекучего гелия возможно существование квантованных вихрей и формирование квантовой турбулентности. Для создания квантовой турбулентности нами использовались кварцевые камертоны. Экспериментально были получены добротности резонатора волн второго звука и кварцевого камертона, использующегося в качестве генератора вихрей. Полученные спектры нелинейных волн второго звука в резонаторе демонстрируют возникновение энергетических потоков в квазиодномерной геометрии, а вольтамперные характеристики камертона в сверхтекучем гелии показывают переход от ламинарного к турбулентному режиму.

Keywords: superfluid helium, second sound, quantized vortices, quartz tuning fork

Abstract

The present work formulates the problem and the characteristics of the experi-mental cell for study the interaction of second-sound waves and quantized vortices, i.e., the interaction of potential and vortical motions in superfluid helium. Initially, harmonic waves of the second sound, due to strong nonlinearity, transfer energy through frequency cascades of multiple harmonics from the pumping region to the viscous dissipation region. This is acoustic turbulence of potential fluxes. Realization of such turbulence is possible in a cylindrical resonator of second-sound waves. For superfluid helium, the existence of quantized vortices and the formation of quantum turbulence are possible. We used quartz tuning forks for create quantum turbulence. The quality factors of the second-sound wave resonator and the quartz tuning fork used as a vortex generator were measured experi-mentally. The obtained spectra of nonlinear second-sound waves in the resonator demon-strate the occurrence of energy flows in a quasi-one-dimensional geometry. The current-voltage characteristics of a tuning forks in superfluid helium show a transition from a lam-inar to a turbulent regime.