一組研究人員證明了量子湍流中的能量耗散，提供了對從微觀到行星的各種尺度的湍流的洞察力。蘭卡斯特大學的Samuli Autti博士與阿爾託大學的研究人員合作進行了一項調查量子波湍流的最新研究。

該團隊的研究結果發表在《自然-物理學》上，展示了對波狀運動如何從宏觀到微觀長度尺度轉移能量的新理解，他們的結果證實了關於能量如何在小尺度上消散的理論預測。

Autti博士說：”這一發現將成為大型量子系統物理學的一個基石”。

研究人員在他們的研究中使用了一個獨特的旋轉式低溫箱。

大尺度的量子湍流–如移動的飛機或船舶周圍的湍流–很難模擬。在小尺度上，量子湍流與經典湍流不同，因為量子流體的湍流被限制在稱為渦流的線狀流動中心周圍，只能採取某些量化的數值。這種顆粒性使得量子湍流在理論上更容易捕捉，人們普遍認為，掌握量子湍流也將有助於物理學家理解經典湍流。

在未來，從量子層面開始改進對湍流的理解，可以在流體和氣體（如水和空氣）的流動和行為是一個關鍵問題的領域改進工程。

主要作者阿爾託大學的Jere Mäkinen博士說：”我們對湍流基本構件的研究可能有助於為更好地理解湍流中不同長度尺度之間的相互作用指明方向。了解經典流體中的這種情況將幫助我們做一些事情，如改善車輛的空氣動力學，更準確地預測天氣，或控制管道中的水流。了解宏觀湍流有大量潛在的現實世界用途。”

Autti博士說，量子湍流對科學家來說是一個具有挑戰性的問題：”在實驗中，儘管整個研究量子湍流的物理學家領域都在試圖尋找量子湍流，但幾十年來，圍繞單個渦旋的量子湍流的形成仍然難以捉摸。這包括研究超流體和量子氣體的人，如原子玻色-愛因斯坦凝聚體（BEC）。這一過程背後的理論化機制被稱為開爾文波級聯。在本手稿中，我們表明這一機制存在，並按照理論上的預期發揮作用。這一發現將成為物理學或大型量子系統的基石。”

由高級科學家Vladimir Eltsov領導的研究小組在阿爾托低溫實驗室的一個獨特的、旋轉的超低溫冰箱中研究了氦-3同位素的湍流。他們發現，在微觀尺度上，所謂的開爾文波通過不斷地將能量推向越來越小的尺度而作用於單個渦流–最終導致能量消散的尺度。

阿爾託大學的Jere Mäkinen博士說：”能量如何在超低溫下從量化旋渦中消失的問題在量子湍流的研究中一直是至關重要的。我們的實驗裝置是首次在現實世界中證明開爾文波將能量轉移到耗散長度尺度的理論模型。”

該團隊的下一個挑戰是使用淹沒在超流體中的納米級設備來操縱一個單一的量子化渦旋。