Investigadores del Instituto de Ciencias Weizmann, la Universidad de Roma, El CNRS y la Universidad de Helsinki han llevado a cabo recientemente un estudio que investiga la diferencia entre la turbulencia anisotrópica tridimensional en los fluidos clásicos y la de los superfluidos. como el helio. Sus hallazgos, publicado en Cartas de revisión física ( PRL ), están respaldados tanto por la teoría como por la evidencia experimental.

"La presente investigación fue iniciada por nuestro grupo en el Instituto Weizmann, Israel, compuesto por Victor L'vov, Itamar Procaccia y Anna Pomyalov, que estaban tratando de comprender las observaciones experimentales novedosas de los grupos del profesor Wei Guo de la Universidad Estatal de Florida, Tallahassee y el profesor Ladislav Skrbek de la Universidad Charles, en Praga, "Itamar Procaccia, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Nuestro principal objetivo era comprender una aparente y sorprendente diferencia en cómo se distribuye la energía entre los remolinos turbulentos de diferentes escalas en los fluidos viscosos clásicos como el aire y el agua y los superfluidos como el helio a bajas temperaturas".

Todos los flujos turbulentos tanto en la naturaleza como en el laboratorio, son anisotrópicos en escalas de inyección de energía, lo que significa que la energía se distribuye de manera diferente entre sus turbulentos remolinos. Estudios anteriores han demostrado que el modelo de turbulencia homogénea e isotrópica (HIT) es particularmente eficaz para predecir las propiedades estadísticas de la turbulencia en escalas mucho más pequeñas que las escalas de agitación. aún más grandes que las escalas disipativas.

En fluidos clásicos, La turbulencia anisotrópica tridimensional tiende hacia la isotropía y la homogeneidad con escalas decrecientes, por lo tanto, eventualmente es posible aplicarles el modelo HIT. En su estudio, sin embargo, Procaccia y sus colegas demostraron que lo contrario es cierto para los superfluidos ⁴ La turbulencia en la geometría del canal de contraflujo 3-D, que se vuelve menos isotrópico a medida que disminuyen las escamas, hasta el punto de volverse casi bidimensional.

El enfoque utilizado por ellos implica el llamado "modelo de dos fluidos" de helio superfluido. Este modelo se basa en los primeros trabajos de Laszlo Tisza y Lev Landau en 1940-1941, que luego fue mejorado por H. Hall, W.F. Vinen, I.M. Khalatnikov, e I.L Bekarevich.

"El modelo describe el helio superfluido como una mezcla interpenetrante de dos fluidos:un superfluido que se mueve sin fricción, y un fluido viscoso normal que se acoplan por una fricción mutua, "Explicó Procaccia.

Estudios anteriores llevados a cabo por dos equipos de investigadores en Tallahasse, Florida y Praga examinaron el helio superfluido bajo un gradiente de temperatura, creando lo que se conoce como "contraflujo". Como sugiere su nombre, en contraflujo, diferentes componentes de un fluido fluyen en direcciones opuestas; el superfluido fluye del lado frío al caliente y el fluido normal del lado caliente al frío.

"Nuestro modelo racionalizó algunas de estas observaciones experimentales y predijo nuevas características que luego se confirmaron experimentalmente, "Explicó Procaccia." El principal resultado de nuestro estudio es que, contrariamente a los flujos turbulentos clásicos, que se vuelven cada vez más isotrópicos a escalas más pequeñas, el flujo que examinamos se vuelve cada vez menos isotrópico a medida que se reducen las escamas ".

Antes de realizar su estudio, Procaccia y sus colegas habían predicho teóricamente que sus experimentos conducirían a las observaciones que recopilaron posteriormente. Sin embargo, la fuerza del efecto que observaron solo se hizo evidente después de que llevaron a cabo simulaciones numéricas directas en una supercomputadora de la UE, en colaboración con un equipo de investigadores liderado por Luca Biferale. Según Procaccia, sus hallazgos teóricos y numéricos ya han motivado a otros grupos experimentales a seguir investigando sobre la turbulencia de contraflujo.

"En el Instituto Weizmann, ahora estamos desarrollando más nuestra teoría, estar atentos a las nuevas técnicas experimentales que permiten estudios elaborados de turbulencia en helio superfluido, ", Dijo Procaccia." Nuestro grupo sigue participando en el análisis de nuevos datos experimentales, con la esperanza de contribuir a una comprensión más profunda de los flujos de superfluidos desde los experimentos de laboratorio hasta la realización cosmológica, como las estrellas de neutrones ".

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