| 研究課題/領域番号 |
23340108
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| 研究機関 | 大阪市立大学 |
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研究代表者 |
矢野 英雄 大阪市立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (70231652)
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| 研究期間 (年度) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 流体力学 / 超流動ヘリウム / 量子渦 / 量子乱流 / 量子流体力学 |
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| 研究概要 |
超流動ヘリウム４の渦の量子化の発見から半世紀がたつが、渦の慣性質量や波動といった動的な性質は、いまだ明らかになっていない。それは、超流動ヘリウム渦の渦芯が0.1 nmと大変細く、渦の運動を観測する手段がほとんどなかったためである。我々は、超流動ヘリウム量子渦が境界（壁）に付着し、境界の振動に伴って量子渦も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、渦の線形・非線形波動を実験的に明らかにすることを目的としている。本年度の主な研究実績は以下のとおりである。
１．我々は、量子渦の非線形波動と渦間の再結合によって、量子渦輪が放出されることを明らかにした。渦輪の飛行検出装置を開発し、放出される渦輪の飛行速度とその頻度から、量子渦の運動状態を研究した。放出される渦輪のサイズは分布し、振動によって誘起される線形波動の波長と比べ、２桁小さいサイズの渦輪が放出されていることを発見した。
２．放出される渦輪のサイズ分布を調べるために、渦輪の飛行検出装置を改良した。予備的な実験から、放出される渦輪の最大サイズは、波動を誘起する振動物体の振動振幅に匹敵することを示唆する結果を得た。この結果と１の結果は、非線形波動によって生成される渦輪サイズが２桁以上にわたって分布することを示唆している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画どおり実験装置の開発・製作をおこない、非線形波動について期待される成果が得られた。研究期間の前半に得られた成果は、物理学の著名な学術雑誌Physical Reviewに掲載され、優秀な研究に贈られるEditors' Suggestionを取得するに至った。これらの成果を基に後半の計画に着手し、予備的な実験ではあるが、期待される成果を得ている。線形波動を調べるために必要な超流動回転流の駆動にはまだ至っておらず、今後の課題である。
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| 今後の研究の推進方策 |
量子渦の線形・非線形波動と慣性質量の研究を進める。我々の開発した量子渦輪の飛行検出システムは、量子渦波動を解明する有力な手段となる。これらの成果を発展させ、次の研究を推進する。
１．量子渦の非線形波動から生成される渦輪の研究
量子渦の非線形波動から生成し離脱する量子渦輪を、飛行方向と放出頻度から研究する。３つの極微細振動ワイヤーをそれぞれ適宜配置することで、量子渦の非線形運動を誘起する振動物体と飛行渦輪の検出装置を開発する。この装置により、非線形波動によって生成される渦輪の放出方向や渦輪サイズと、波動との関係を明らかにする。
２．渦に誘起する線形波動の研究
超流動回転流を駆動することで量子渦を整列させ、極微細振動ワイヤーを用いて線形応答を調べることで、線形波動を研究する。
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