教授將以125萬美元的Gordon和BettyMoore基金會(huì)資助研究超流氦

當(dāng)物質(zhì)的溫度接近絕對(duì)零時(shí)，一種不同類型的物理學(xué)會(huì)接管。而不是經(jīng)典物理學(xué)——你在高中學(xué)到的物理學(xué)——量子物理學(xué)支配著它的行為。

例如，氦通常是一種氣體，但是當(dāng)氦的同位素被冷卻到非常低的溫度時(shí)，它就會(huì)變成一種稱為超流氦的量子液體。量子液體以不同尋常的方式表現(xiàn)，似乎爬上梯度或形成薄渦管，超流體在渦管周圍流動(dòng)而沒有摩擦。

FAMU-FSU 機(jī)械工程副教授 Wei Guo 研究超流氦。戈登和貝蒂摩爾基金會(huì)通過其實(shí)驗(yàn)物理研究計(jì)劃，在五年內(nèi)向郭授予了 125 萬美元的贈(zèng)款用于研究這種量子流體的特性。他是 FSU 第一位獲得基金會(huì)資助的研究員。

“這是一個(gè)令人興奮的機(jī)會(huì)，可以開發(fā)新的方法來研究這種迷人的物質(zhì)形式，”郭說。“我的團(tuán)隊(duì)正在計(jì)劃的研究將導(dǎo)致對(duì)基本量子物理學(xué)問題的新見解，還將產(chǎn)生在湍流模型測(cè)試中具有巨大實(shí)際意義的數(shù)據(jù)。”

郭是來自全國(guó)各地的 16 名研究人員之一獲得實(shí)驗(yàn)物理研究基金會(huì)的資助。

“這些人提出的實(shí)驗(yàn)的廣度和科學(xué)大膽令人震驚和鼓舞人心，”實(shí)驗(yàn)物理調(diào)查員倡議項(xiàng)目主任西奧多霍達(dá)普說。“這些科學(xué)家的創(chuàng)造力和能力也令人驚嘆。”

這筆資金將支持兩個(gè)項(xiàng)目。在第一個(gè)項(xiàng)目中，郭將領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)一種能夠使一滴氦氣懸浮，然后從液滴中去除蒸汽的設(shè)施，這將其溫度降低到幾乎絕對(duì)為零，從而將其轉(zhuǎn)變?yōu)槌黧w。這種深度冷卻通常是通過一種稱為稀釋制冷機(jī)的昂貴設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的。但是這些機(jī)器通常需要容器來容納液氦，這限制了液體的運(yùn)動(dòng)，并且還可以將渦流管固定在容器壁上。使用懸浮液滴可以避免這些問題。

通過快速旋轉(zhuǎn)或冷卻液滴，研究人員可以在液滴內(nèi)產(chǎn)生渦流。添加示蹤粒子將使他們能夠跟蹤渦旋的形成和運(yùn)動(dòng)，讓他們更好地了解超流氦中湍流運(yùn)動(dòng)的特性。

對(duì)于第二個(gè)項(xiàng)目，郭的團(tuán)隊(duì)將建造一條隧道來觀察液氦內(nèi)部的湍流。正如科學(xué)家和工程師使用風(fēng)洞來觀察飛機(jī)或潛艇模型上的氣流一樣，郭的團(tuán)隊(duì)可以使用風(fēng)洞來觀察不同物體上液氦的流動(dòng)。由于液氦的粘度比空氣的粘度低約 1000 倍，因此隧道可以產(chǎn)生高度湍流，模擬大型飛機(jī)和潛艇在自然環(huán)境中產(chǎn)生的真實(shí)流動(dòng)。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以使用超導(dǎo)磁體來懸浮隧道內(nèi)的物體，而無需使用任何支撐結(jié)構(gòu)。這些支撐結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生干擾物體周圍自然流動(dòng)的不需要的流動(dòng)，這是傳統(tǒng)風(fēng)洞中相當(dāng)臭名昭著的問題。

該團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃將隧道內(nèi)的氦冷卻至超流體相，并對(duì)比液氦在其經(jīng)典狀態(tài)和超流體狀態(tài)下出現(xiàn)的湍流差異。

五年的資助為研究人員提供了成功所需的穩(wěn)定性，郭說。

“這兩個(gè)擬議的研究項(xiàng)目都是高風(fēng)險(xiǎn)/高回報(bào)的跨學(xué)科項(xiàng)目，涉及大量的研發(fā)工作，這對(duì)于其他資助機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)三年計(jì)劃來說是有風(fēng)險(xiǎn)和不利的，”他說。“為期五年的摩爾計(jì)劃是一個(gè)很好的解決方案，可以讓這個(gè)團(tuán)隊(duì)開展擬議的工作，開發(fā)最先進(jìn)的設(shè)施，并推進(jìn)量子和經(jīng)典湍流研究領(lǐng)域的前沿。”

戈登和貝蒂摩爾基金會(huì)促進(jìn)開創(chuàng)性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、環(huán)境保護(hù)、改善患者護(hù)理和保護(hù)舊金山灣區(qū)的特殊性。