13ª Semana Integrada do Instituto de Física de São Carlos

Evolução dos observáveis de um fluido quântico turbulento

21 de ago. de 2023 14:00

1h 30m

Salão de Eventos USP

Básica 14h00 - 15h30

Descrição

A partir de uma simulação computacional de um Condensado de Bose-Einstein (BEC) aprisionado por um potencial harmônico, contendo inicialmente um par de vórtices anti-paralelos duplamente carregados (1), extraiu-se a evolução temporal de uma série de observáveis de interesse. Esses observáveis ajudam a delinear um entendimento mais completo à respeito da evolução do sistema nessas condições, como o surgimento de um regime turbulento excitado pela interação dos vórtices quânticos. A análise da evolução da densidade de momentos e do espectro de energia mostra que a partir de um determinado instante, se estabelece um regime de turbulência caracterizado pela presença de cascatas de energia e de partículas, evidenciadas pela presença de regiões do espectro que obedecem à leis de potência de escalas conhecidas. O regíme de turbulência ultraquântico de Vinen, observado em experimentos realizados em hélio líquido e característico de superfluídos, foi detectado na simulação como resultado da interação dos vórtices. Através da análise direcional das densidades de momentos, nos quais comparam-se os espectros limitados a direções e ângulos sólidos específicos, mostra-se que a isotropia da densidade de momentos é atingida assim que o regime turbulento se inicia, à despeito da anisotropia inicial da geometria do sistema. Além disso, realizando-se uma separação dos espectros de energia cinética em suas componentes rotacionais e compressivas, observa-se que a evolução do sistema desencadeia o transporte de energia compressiva para a rotacional. Extraíndo-se da simulação os fluxos de energia e partículas através das classes de momentos (2), obtém-se um comportamento oscilatório característico do modo de respiração do sistema. Em particular, o fluxo de partículas apresenta uma região positiva e praticamente constante no intervalo de momentos no qual se identifica o regime de turbulência de Vinen, indicando a presença de uma cascata direta de partículas.

Referências

1 CIDRIM, A. et al. Vinen turbulence via the decay of multi-charged vortices in trapped atomic Bose-Einstein condensates. Physical Review A, v. 96, n. 2, p. 023617-1-023617-10, Aug. 2017.

2 MARINO, Á. V. M. et al. Momentum distribution of Vinen turbulence in trapped atomic Bose-Einstein condensates. ** European Physical Journal Special Topics**, v. 230, n. 4, p. 809-812, June 2021.