Полтора века теория Кельвина о затухании турбулентности оставалась неподтвержденной. Разбираем, как установка с обычной водой помогла ученым зафиксировать волны в ядре вихря и какие перспективы это открывает для физики.
Когда вода вытекает из ванны и образует водоворот над сливом, его узкое ядро начинает колебаться. Почти полтора века физики-теоретики предсказывали, что эти колебания могут стать турбулентными, передавая энергию от крупных волн к все более мелким рябям, но наблюдать этот процесс в реальности до сих пор не удавалось. Группа ученых под руководством Эрика Фалькона из Университета Париж-Сите смогла зафиксировать это явление, опубликовав результаты своей работы в журнале Physical Review Letters.
В центре внимания оказались волны Кельвина — штопорообразные возмущения, распространяющиеся вдоль ядра вихря. Согласно теории лорда Кельвина, предложенной еще в 1880 году, при взаимодействии таких волн энергия должна каскадно передаваться на все меньшие масштабы, пока не рассеется в виде звука. Поскольку сверхтекучие жидкости лишены трения, именно этот механизм считался ключом к затуханию их турбулентности. Отслеживать такие процессы в экзотических ультрахолодных жидкостях крайне сложно из-за микроскопического размера вихрей.
Чтобы обойти эту проблему, команда исследователей создала контролируемый макровихрь в обычном резервуаре с водой, закачивая воду сверху и позволяя ей стекать через отверстие внизу. Используя высокоскоростную камеру для съемки ядра вихря по всей длине и кольцо для возбуждения колебаний на поверхности, ученые смогли точно отследить движение жидкости в пространстве и времени.
Источник: hi-tech.mail.ru