Получено экспериментальное подтверждение расчётов моделирования турбулентности в термоядерной плазме с беспрецедентной точностью

В ходе комплексного экспериментального исследования международная группа исследователей подтвердила расчеты ведущего кода моделирования турбулентности в беспрецедентной степени. Это знаменует собой крупный прорыв в понимании процессов турбулентного переноса в устройствах ядерного синтеза. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications и закладывают важную основу для прогнозирования эффективности термоядерных электростанций.

Динамика потока жидкости на (и вне) наклонных волокнах

Конструкция сеток, используемых для сбора чистой воды из тумана или росы, где ее количество ограничено, основана на понимании того, как вода конденсируется на волокнах и попадает в сборные резервуары. Атефе Пур Карими, аспирантка Института тепло- и массообмена Ахенского университета (Германия), а также ее руководители и коллеги подробно проанализировали динамику этого типа потока и опубликовали свои выводы в разделе "Специальные темы" Европейского физического журнала.

Колебания давления жидкостей при кратковременном ускорении

Исследовательская группа из Японии разработала унифицированную модель для масштабирования развития переходного давления в одномерном потоке. Это достижение даёт лучшее понимание того, как поля давления формируются в замкнутой системе жидкости для различных ситуаций ускорения, что может быть применимо к проблемам удара, связанным с биомеханикой, таким как травмы человеческого мозга, вызванные физическим контактом. Исследование опубликовано в журнале Journal of Fluid Mechanics.

На МКС провели эксперименты по исследованию явлений переноса в условиях микрогравитации

В статье, опубликованной в журнале Gravitational and Space Research, представлены данные, полученные в результате спонсируемых Национальной лабораторией Международной космической станции (МКС) исследований транспортных явлений, фундаментальных физических процессов, включающих импульс, энергию и массоперенос. В публикации подробно описаны несколько ключевых экспериментов, таких как исследование сферического холодного диффузионного пламени и проекты по изучению динамики жидкости в отсутствие плавучести.

Эксперимент с немонотонной S-образной реологией

Исследователи Лоран Талон и Доминик Сален из Университета Париж-Сакли, Париж, Франция, теперь показали, что при определенных обстоятельствах суспензии кукурузного крахмала могут отображать полосатый рисунок с чередующимися областями высокой и низкой вязкости. Эта работа была опубликована в Европейском физическом журнале E. Тэлон и Салин решили проверить правдоподобность моделируемой реологии 2014 года. Используя суспензию кукурузного крахмала в прямой цилиндрической капиллярной трубке, учёные наблюдали ожидаемую немонотонную зависимость между давлением и скоростью потока, но не совсем так, как предполагалось: скорость потока сначала увеличивалась с давлением, но затем внезапно уменьшалась.

Открыта универсальная неравновесная квантовая динамика в случайно взаимодействующих спиновых моделях

Новое исследование выявило универсальную динамику вдали от равновесия в моделях случайно взаимодействующих спинов, дополняя тем самым хорошо зарекомендовавшую себя универсальность в физике низкоэнергетического равновесия. Твердотельные ядерные спиновые системы по своей природе представляют собой сложные квантовые системы многих тел, которыми можно точно управлять с помощью технологий квантового контроля, что позволяет реализовать различные модели спина многих тел. Это обеспечивает естественную и настраиваемую экспериментальную платформу для изучения неравновесной динамики квантовых систем многих тел. Учёные разработали последовательности импульсов для высокоточного управления спинами ядер H в порошке адамантана (C₁₀H₁₆) (каждое зерно содержит примерно 10⁹ до 10¹² молекул) и реализовали случайно взаимодействующие спиновые модели с регулируемыми анизотропными параметрами. Хаотичность возникает из-за случайной ориентации между осями решетки в разных зернах и статического магнитного поля. Так было обнаружено новое явление: динамика спиновой деполяризации показала четкий переход от монотонного к колебательному затуханию при изменении анизотропного параметра. Оказалось, что поведение динамики спиновой деполяризации можно универсально описать двумя параметрами.

Моделирование радиационной плазмы корон аккреционного потока черной дыры в жестком и мягком состояниях

Исследователи из Хельсинкского университета добились успеха в том, к чему стремились с 1970-х годов: объяснили рентгеновское излучение из окрестностей черной дыры. Излучение возникает из-за комбинированного эффекта хаотических движений магнитных полей и турбулентного плазменного газа. Используя детальное суперкомпьютерное моделирование, исследователи из Хельсинкского университета смоделировали взаимодействие между излучением , плазмой и магнитными полями вокруг черных дыр. Было обнаружено, что хаотические движения, или турбулентность, вызванные магнитными полями, нагревают локальную плазму и заставляют ее излучать. Исследование было опубликовано в Nature Communications. Моделирование, использованное в исследовании, является первой моделью физики плазмы, которая включает все важные квантовые взаимодействия между излучением и плазмой. Моделирование показало, что турбулентность вокруг черных дыр настолько сильна, что даже квантовые эффекты становятся важными для динамики плазмы. В моделируемой смеси электронно-позитронной плазмы и фотонов локальное рентгеновское излучение может превращаться в электроны и позитроны, которые затем могут аннигилировать обратно в излучение при соприкосновении.

Экспериментальное исследование полей потока вблизи движущейся линии контакта жидкость-жидкость

В исследовании, опубликованном в Европейском физическом журнале Special Topics, Хариш Диксит из Индийского технологического института Хайдарабада и его коллеги изучают движение линии контакта, образующейся на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей и твердого тела. Эксперименты заполняют пробел в гидродинамике и предлагают механизм наложенных граничных условий, который ускользает от математического описания. Учёные заполнили прямоугольный резервуар двумя слоями жидкости — силиконовым маслом поверх сахарной воды — с одинаковой плотностью, но значительно разной вязкостью. Исследователи поместили предметное стекло на край резервуара, которое они могли перемещать вертикально, создавая движущуюся линию контакта. Используя технику, которая отслеживает крошечные частицы, попавшие в жидкости и освещенные лазерным светом, исследователи одновременно нанесли на карту поле потока по обе стороны границы раздела жидкость-жидкость, перемещая предметное стекло. Они обнаружили, что скорости потока быстро уменьшались вблизи линии контакта. Кроме того, граница раздела жидкости, казалось, скользила по движущемуся предметному стеклу, а не оставалась прижатой к нему, что устраняло кажущуюся «сингулярность» в моделях, которые накладывают граничные условия, препятствующие скольжению, на движущейся стенке.

Солнечная конвекция сверхгранулярного масштаба, не объясняемая теорией длины смешивания

Солнце генерирует энергию в своем ядре посредством ядерного синтеза; затем эта энергия переносится на поверхность, откуда выходит в виде солнечного света. В исследовании под названием "Сверхгранулярная солнечная конвекция, не объясняемая теорией длины смешивания", опубликованном в журнале Nature Astronomy, исследователи объясняют, как они использовали доплеровские интенсивность и магнитные изображения, полученные с помощью гелиосейсмического и магнитного формирователя изображения (HMI) на борту космического аппарата NASA Solar Спутник Dynamics Observatory (SDO) для идентификации и характеристики примерно 23 000 супергранул (структура потока, которая переносит тепло от скрытой внутренней части Солнца на его поверхности).

Недифрагирующие супертороидальные импульсы и оптические вихревые дорожки Кармана

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, физики из Сингапура и Великобритании сообщили об оптическом аналоге вихревой дорожки Кармана (KVS). Этот оптический импульс KVS демонстрирует удивительные параллели между переносом жидкости и потоком энергии структурированного света. В отличие от более ранних работ по оптическим скирмионным пучкам и импульсам, конфигурация скирмионного поля в недифрагирующих супертороидальных импульсах (NDSTP) не ограничивается дифракцией и сохраняется при распространении на произвольные расстояния. Поскольку предлагаемые в данной работе световые импульсы не продолжаются при распространении, такие структуры скирмионных полей могут сохраняться при распространении импульса KVS. Импульс позволяет изучать динамику распространения электромагнитных скирмионных полей и будет представлять интерес в качестве направленных энергетических каналов для приложений передачи информации.