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

當物質的溫度接近絕對零時，一種不同類型的物理學會接管。而不是經典物理學——你在高中學到的物理學——量子物理學支配著它的行為。

例如，氦通常是一種氣體，但是當氦的同位素被冷卻到非常低的溫度時，它就會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而沒有摩擦。

FAMU-FSU 機械工程副教授 Wei Guo 研究超流氦。戈登和貝蒂摩爾基金會通過其實驗物理研究計劃，在五年內向郭授予了 125 萬美元的贈款用于研究這種量子流體的特性。他是 FSU 第一位獲得基金會資助的研究員。

“這是一個令人興奮的機會，可以開發(fā)新的方法來研究這種迷人的物質形式，”郭說。“我的團隊正在計劃的研究將導致對基本量子物理學問題的新見解，還將產生在湍流模型測試中具有巨大實際意義的數據。”

郭是來自全國各地的 16 名研究人員之一獲得實驗物理研究基金會的資助。

“這些人提出的實驗的廣度和科學大膽令人震驚和鼓舞人心，”實驗物理調查員倡議項目主任西奧多霍達普說。“這些科學家的創(chuàng)造力和能力也令人驚嘆。”

這筆資金將支持兩個項目。在第一個項目中，郭將領導開發(fā)一種能夠使一滴氦氣懸浮，然后從液滴中去除蒸汽的設施，這將其溫度降低到幾乎絕對為零，從而將其轉變?yōu)槌黧w。這種深度冷卻通常是通過一種稱為稀釋制冷機的昂貴設備來實現(xiàn)的。但是這些機器通常需要容器來容納液氦，這限制了液體的運動，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。

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

對于第二個項目，郭的團隊將建造一條隧道來觀察液氦內部的湍流。正如科學家和工程師使用風洞來觀察飛機或潛艇模型上的氣流一樣，郭的團隊可以使用風洞來觀察不同物體上液氦的流動。由于液氦的粘度比空氣的粘度低約 1000 倍，因此隧道可以產生高度湍流，模擬大型飛機和潛艇在自然環(huán)境中產生的真實流動。

另一個優(yōu)點是可以使用超導磁體來懸浮隧道內的物體，而無需使用任何支撐結構。這些支撐結構會產生干擾物體周圍自然流動的不需要的流動，這是傳統(tǒng)風洞中相當臭名昭著的問題。

該團隊還計劃將隧道內的氦冷卻至超流體相，并對比液氦在其經典狀態(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。

“這兩個擬議的研究項目都是高風險/高回報的跨學科項目，涉及大量的研發(fā)工作，這對于其他資助機構的傳統(tǒng)三年計劃來說是有風險和不利的，”他說。“為期五年的摩爾計劃是一個很好的解決方案，可以讓這個團隊開展擬議的工作，開發(fā)最先進的設施，并推進量子和經典湍流研究領域的前沿。”

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