Aktuelle Forschungsarbeiten

Folgende kurze Darstellung soll lediglich eine Einführung und einen Überblick über die Untersuchungen geben. Detailliertere Informationen können den diversen Veröffentlichungen entnommen werden.
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Turbulenz in suprafluidem He II

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Mit Hilfe der supraleitenden Levitation werden hydrodynamische Experimente mit einer oszillierenden Mikrokugel in suprafluidem Helium durchgeführt. Dazu wird die Meßzelle in der sich die oszillierende Kugel befindet, mit Helium gefüllt und die daduch hervorgerufene Dämpfung der Schwingung in Abhängigkeit von der Schwingungsamplitude ermittelt.

 In bereits durchgeführten Experimenten wurde das für kleine Schwingungsamplituden dominierende Regime laminarer Strömung einerseits, sowie das Regime turbulenter Strömung andereseits untersucht. Im laminaren Regime findet man lineare Dämpfung, verursacht durch ballistische Streuung von Quasiteilchen (Phononen und Rotonen) der normalfluiden Komponente an der oszillierenden Kugel. Im turbulenten Regime ergibt sich dagegen eine quadratisch mit der Amplitude anwachsende und daher weitaus stärkere Dämpfung, welche ähnlich der Situation bei klassischen Flüssigkeiten durch die turbulente Strömung der superfluiden Komponente verursacht wird.

Aktuelle Untersuchungen beschäftigen sich mit einer genaueren Untersuchung des Übergangs zwischen diesen beiden Regimes. In einem Zwischenbereich zeigt sich intermittentes ("unregelmäßiges") Schalten zwischen laminarer und turbulenter Strömung. Statistische Analysen der Zeitdauern der laminaren bzw. turbulenten Phasen zeigen dabei jeweils charakteristische Verteilungen (Weibullverteilung bzw. Exponentialverteilung), welche im wesentlichen nur von der die Kugel antreibenden Kraft abhängen. Durch Variation der Konzentration der 3He Verunreinigungen von hochreinem 4He über natürlich verunreinigtes 4He bis hin zu sehr stark verunreinigtem 4He soll außerdem der Einfluß der Verunreinigungen auf diesen Übergang und auf die verbleibende Restdämpfung bei Temperaturen unter 250mK untersucht werden. Dabei sollen eventuell auch Mischungen mit sehr hohem 3He Anteil untersucht werden, wobei sich neuartige Problemstellungen ergeben.

Dieses Forschungsvorhaben wurde von der DFG über die Forschergruppe Transportphänomene in Supraleitern und Suprafluiden (in Zusammenarbeit mit Physikern der Universität Bayreuth) gefördert.

Zur Zeit wird das Experiment in Zusammenarbeit mit Prof. Eska in Bayreuth auf suprafluides Helium-3 ausdehnt.
 


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Wilfried Schoepe Stand: