Dynamika sféricky symetrickej kvantovej turbulencie študovaná pomocou tlmenia druhého zvuku v otvorenej geometrii.

• Název práce v češtině: Dynamika sféricky symetrickej kvantovej turbulencie študovaná pomocou tlmenia druhého zvuku v otvorenej geometrii.
• Název v anglickém jazyce: Dynamics of spherically symmetric quantum turbulence studied using second sound attenuation in open geometry
• Klíčová slova: Supratekutosť|kvantová turbulencia|nízke teploty
• Klíčová slova anglicky: superfluidity|quantum turbulence|low temperatures
• Akademický rok vypsání: 2024/2025
• Typ práce: bakalářská práce
• Ústav: Katedra fyziky nízkých teplot (32-KFNT)
• Vedoucí / školitel: Mgr. Emil Varga, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 02.01.2025
• Datum zadání: 02.01.2025
• Datum potvrzení stud. oddělením: 03.01.2025
• Konzultanti: prof. RNDr. Ladislav Skrbek, DrSc.

Zásady pro vypracování

Študent skonštruuje otvorený rezonátor druhého zvuku a overí jeho funkčnosť v supratekutom héliu pomocou testovacieho skleneného kryostatu.

Pomocou tlmenia druhého zvuku študent zmeria hustotu kvantovaných vírov v závislosti na tepelnom príkone do bodového zdroja tepla v ustálenom stave, pri počiatočnom vzniku turbulencie a pri jej rozpade. Získané dáta budú porovnané s existujúcimi numerickými simuláciami a predchádzajúcimi experimentmi ktoré využívali uzavretý akustický rezonátor.

Seznam odborné literatury

D.R. Tilley, J. Tilley, Superfluidity and Superconductivity, 3rd edn. (Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, 1990)
C. F. Barenghi, L. Skrbek, K. R. Sreenivassan, Quantum Turbulence, OUP 2024
L. Skrbek a kol., Fyzika Nízkých Teplot 1 a 2, Matfzypress, Praha 2011
E. Varga, Peculiarities of Spherically Symmetric Counterflow, J. Low Temp. Phys 196, 28-34 (2019)
F. Novotný et al. Spherical thermal counterflow of superfluid 4He, Phys. Rev. Fluids 9, L022601 (2024)
I. Sosuke, M. Tsubota, Spherically symmetric formation of localized vortex tangle around a heat source in superfluid 4He, Phys. Rev. B 21, 214511 (2020)

Předběžná náplň práce

Dvojzložková povaha prúdení supratekutého hélia vedie na konvektívny prenos tepla formou tzv. tepelného protiprúdu, anti-paralelného prúdenia normálnej a supratekutej zložky. Hlavným javom, ktorý obmedzuje tento veľmi efektívny spôsob prenosu tepla je kvantová turbulencia, ktorej časť pozostáva z chaotického klbka kvantových vírov, tenkých topologických porúch supratekutého parametru usporiadania. Prítomnosť týchto vírov je pozorovateľná napr. tlmením druhého zvuku, čo je zvuk unikátny pre supratekutiny pri ktorom dochádza k vlneniu v teplote, resp. hustote entropie v kvapaline.

Unikátnou vlastnosťou tepelného protiprúdu je možnosť využitia bodového zdroja tepla pre vytvorenie lokalizovaného turbulentného prúdenia so sférickou symetriu a nenulovou divergenciou prúdenia. Podobný systém je aktívne skúmaný numericky aj experimentálne, kde existujúce štúdie sú si do určitej miery protirečiace. Cieľom práce je skonštruovať experimenty ktorý je bližšie ideálnemu experimentu so sférickou symetriou v porovnaní s predchádzajúcimi experimentami.