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液氦-4在接近絕對(duì)零（-273°C）的低溫下處于超流體狀態(tài)，具有一種特殊的渦流，稱為量子化渦流，源自量子力學(xué)效應(yīng)。 當(dāng)溫度較高時(shí)，超流氦中同時(shí)存在法向流體，量子化渦流運(yùn)動(dòng)時(shí)，其與法向流體之間會(huì)產(chǎn)生相互摩擦。 然而，很難準(zhǔn)確解釋量子化渦旋如何與運(yùn)動(dòng)中的正常流體相互作用。

盡管物理學(xué)界已經(jīng)提出了幾種理論模型，但尚不清楚哪種模型是正確的。由大阪都立大學(xué)科學(xué)研究生院和南部洋一郎理論與實(shí)驗(yàn)物理研究所的 Makoto Tsubota 教授和特聘助理 Satoshi Yui 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組與佛羅里達(dá)州立大學(xué)和慶應(yīng)義塾大學(xué)的同事合作， 以數(shù)值方式研究了量子化渦旋與法向流體之間的相互作用。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究人員決定了幾個(gè)理論模型中最一致的一個(gè)。 他們發(fā)現(xiàn)，考慮正常流體變化并包含理論上更準(zhǔn)確的相互摩擦的模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果最相符。

平面以上量化渦旋環(huán)的可視化（綠色曲線），正常流體渦旋環(huán)（紅色半圓）。資料來(lái)源：Makoto Tsubota, OMU

“這項(xiàng)研究的主題是量子化渦旋與正常流體之間的相互作用，自從我 40 年前開(kāi)始在這一領(lǐng)域進(jìn)行研究以來(lái)，一直是一個(gè)巨大的謎團(tuán)，”坪田教授說(shuō)道。 “計(jì)算的進(jìn)步使得解決這個(gè)問(wèn)題成為可能，我們佛羅里達(dá)州立大學(xué)的合作者出色的可視化實(shí)驗(yàn)取得了突破。 正如科學(xué)中經(jīng)常發(fā)生的情況一樣，技術(shù)的后續(xù)發(fā)展使得闡明這一問(wèn)題成為可能，這項(xiàng)研究就是一個(gè)很好的例子?！?/p>

他們的研究結(jié)果于2023年5月23日發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

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