СВЧ эксперименты в Не II. Новые особенности незатухающих сверхтекучих потоков

Abstract

Проведено экспериментальное исследование устойчивости и колебательных свойств сверхтекучего кольцевого потока, возникающего вокруг цилиндрической поверхности дискового диэлектрического резонатора, погруженного в жидкий гелий. Скорость сверхтекучего потока контролировалась с помощью специальных тепловых пушек, находящихся в Не II и генерирующих противотоки нормальной и сверхтекучей компонент, направленные по касательной к цилиндрической поверхности резонатора. В эксперименте измерялась амплитуда СВЧ сигнала, прошедшего через резонатор, и изучалось влияние на его амплитуду фазового и динамического состояния жидкости. Обнаружено, что в состоянии Не II наблюдаются периодические осцилляции сигнала, причем каждый период начинается с острого всплеска амплитуды. Предполагается, что такое поведение означает потерю устойчивости сверхтекучего кольцевого потока, связанную с изменением числа квантов циркуляции сверхтекучей скорости за очень короткое время. Другой эффект обусловлен появлением в системе новых периодически повторяющихся резонансных пиков наряду с обычными модами шепчущей галереи. Эффект отсутствовал выше -точки, и предполагается, что он вызван собственными колебательными модами незатухающего сверхтекучего потока. Анализируются возможные причины наблюдаемых особенностей.

Проведено експериментальне дослідження стійкості та коливальних властивостей надплинного кільцевого потоку, який виникає навколо циліндричної поверхні дискового діелектричного резонатора, зануреного в рідкий гелій. Швидкість надплинного потоку контролювалася за допомогою спеціальних теплових гармат, які знаходилися в Не II та генерували протитоки нормальної та надплинної компонент, направлених по дотичній до циліндричної поверхні резонатора. В експерименті вимірювалася амплітуда НВЧ сигналу, який проходив крізь резонатор, та вивчався вплив на його амплітуду фазового та динам ічного стану рідини. Виявлено, що у стані Не II спостерігаються періодичні осциляції сигналу, причому кожний період починається з гострого сплеску амплітуди. Припускається, що така поведінка означає втрату стійкості надплинного кільцевого потоку, яка пов’язана зі зміною числа квантів циркуляц ії надплинної швидкості за дуже малий проміжок часу. Інший ефект обумовлений появою у системі нових резонансних піків, що періодично повторюються, поряд зі звичайними модами галереї, яка шепотить. Ефект був відсутній вище -точки, та припускається, що він пов'язаний з власними коливальними модами надплинного потоку, який не затухає. Аналізуються можливі причини особливостей, що спостерігаються.

Òhe experimental study of stability and oscillating properties of a superfluid ring flow arising around the cylindrical surface of a disk dielectric resonator immersed in liquid helium was carried out. The superflow velocity was controlled with special thermal guns located in He II and generating the counterflows of normal and superfluid components oriented tangentially to the resonator surface. In the experiment, the amplitude of a microwave signal passed through the resonator was measured and the influence of phase and dynamic state of the liquid on the amplitude was studied. It is found that in He II one can observe periodic signal oscillations with each of the periods starting from a very sharp amplitude splash. It is suggested that such a behavior of the signal is connected with a loss of stability of the ring superflow due to a change in the number of circulation quanta of the superfluid velocity in a very short time interval. Other effect consists in observating in the system new recurrent resonance peaks along with the familiar whispering gallery modes. The effect was not observed at temperatures above the -point. One can suggest that it is connected with hypothetic oscillating modes of the persistent flow. Some possible reasons for the peculiarities observed are analyzed.