Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Universität von Lancaster in Großbritannien hat mithilfe eines feinmaschigen Metallgitters eine Supraflüssigkeit in Turbulenz versetzt. Dabei fanden die Forscher heraus, dass die Turbulenz in der reibungsfreien Flüssigkeit wohl durch quantenmechanische Wechselwirkungen zwischen den durch die Vibration des Gitters erzeugten Vortexringen ausgelöst wurde. Die Wissenschaftler glauben, dass ihre Studie auch die Entstehung von Turbulenzen in herkömmlichen Flüssigkeiten erhellen kann.
Sean Fisher und seine Kollegen benutzten für ihr Experiment eine Supraflüssigkeit aus Helium-3-Atomen einer Temperatur von etwa 100 Mikrokelvin. Bei dieser Temperatur befand sich das flüssige Helium in einem supraflüssigen Zustand, was sich durch ein reibungsfreies Fließen bemerkbar machte ? die Viskosität einer Supraflüssigkeit ist gleich Null.
Eine weitere Besonderheit einer Supraflüssigkeit besteht darin, dass diese nur durch die Bewegung von Atomen um so genannte Vortexringe in Rotation versetzt werden kann. Eine Vortexlinie gleicht in gewisser Weise der Achse eines Tornados, um die die Atome der Flüssigkeit rotieren. Die Gesetze der Physik verbieten es nun, dass Vortexlinien in Supraflüssigkeiten offene Enden haben, so dass diese dort zu Ringen gebogen sind. Fishers Team hat nun herausgefunden, dass dieses theoretische Bild die Entstehung von Turbulenzen in einer Supraflüssigkeit erklären kann.
Einer etablierten Theorie nach wird Turbulenz nämlich durch miteinander wechselwirkende Vortexringe ausgelöst. Dazu muss deren Dichte in der Supraflüssigkeit so groß sein, dass sich die Ringe überlagern und somit gewisser Weise ineinander verfangen.
In ihrem Experiment erzeugten die Forscher nun Vortexringe durch ein kleines Metallgitter, das in der Flüssigkeit vibrierte. Die Stärke der Vibration bestimmte dabei die Dichte der erzeugten Vortexringe. Mittels einer in der Umgebung des Gitters vibrierenden Metallschleife konnten die Forscher dann die Dichte der Vortexringe ausmessen, da diese den von dem Draht bei seiner Bewegung verspürten Widerstand bestimmte.
Somit gelang es Fisher, das Aufkommen von Turbulenz mit der Dichte der Vortexringe in Zusammenhang zu bringen und somit diese schon seit längerem aufgestellte Theorie zu untermauern.
Physical Review Letters (Band 95 Artikel 035302)
Stefan Maier
