2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study on the motion of quantized vortex under the flow field of superfluid helium
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15H03694
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
矢野 英雄 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (70231652)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 低温物性 / 流体 / 超流動ヘリウム / 量子渦 / 量子乱流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
代表的な量子凝縮相である超流動ヘリウム（4He）の渦の量子化の発見から半世紀がたつが、量子渦の動的な性質はいまだ明らかになっていない。それは渦芯半径が0.1 nmと大変細く、渦の運動を観測する手段が少ないためである。我々は、超流動ヘリウムの量子渦が境界（壁）に付着し、境界の振動に伴って量子渦が運動することを発見した。この量子渦のユニークな性質を利用し、渦の運動状態を実験的に明らかにすることを目的としている。これまでの主な研究実績は以下のとおりである。
１．振動ワイヤーによる量子乱流生成装置と量子渦検出装置を用いて、振動流れ場によって発生する量子渦の運動状態を調べた。ワイヤーに直径２μｍの超伝導極微細線（NbTi）を用いることで、振動流による量子渦発生条件と、それに伴って失うエネルギー損失を精密に測定した。
２．ワイヤーの振動方向に放出される量子渦の運動について、渦の発生から検出までの時間を測定し、ある時間が立つとその統計性が指数分布にしたがうことを明らかにした。この結果は、渦の検出がポアソン過程であることを示している。すなわち、渦放出はランダムであるが平均放出頻度は一定であり、生成される量子乱流は、エネルギー流入と放出がバランスする定常状態であることを示している。
３．検出する最小渦輪サイズを0.8μｍから200μｍまで変化させて平均検出頻度を測定し、検出頻度は最小渦輪サイズのべき乗則に従い、その指数が-1.6であることを明らかにした。この結果は、量子乱流の渦構造が自己相似性を持つことを示唆している。
４．ワイヤーの振動に垂直な方向への渦放出の統計分布を測定し、振動方向とは異なり、２つの指数分布にしたがうことを明らかにした。この結果は、放出される渦輪の平均頻度が、ある時間が立つと増加することを示している。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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