Observation of von Kármán Vortex Street in an Atomic Superfluid Gas

점성을 지닌 유체에서 물체가 움직이면 일반적으로 소용돌이 물결을 뒤에 남기게 된다. 특정 Reynolds number 구간에 해당하는 속도에서는 시공간적으로 주기성을 띠는 소용돌이 패턴이 형성되는데, 이를 von Karman vortex street 패턴이라고 한다. 연구진은 극저온 원자기체로 구성된 BEC 초유체에서도 유사한 현상이 일어남을 관측하였다. 점성이 없고 소용돌이가 양자화되어 있는 초유체에서 고전유체와 유사한 현상을 관측함으로써 보편적인 유체 동력학을 연구할 수 있는 계기가 마련되었다. 본 논문은 Editors\' Suggestion으로 선정되었고, 연구결과는 Viewpoint in Physics와 Physics Today에 소개되었다.

논문초록:
We report on the experimental observation of vortex cluster shedding from a moving obstacle in an oblate atomic Bose-Einstein condensate. At low obstacle velocities v above a critical value, vortex clusters consisting of two like-sign vortices are generated to form a regular configuration like a von Kármán street, and as v is increased, the shedding pattern becomes irregular with many different kinds of vortex clusters. In particular, we observe that the Stouhal number associated with the shedding frequency exhibits saturation behavior with increasing v. The regular-to-turbulent transition of the vortex cluster shedding reveals remarkable similarities between a superfluid and a classical viscous fluid. Our work opens a new direction for experimental investigations of the superfluid Reynolds number characterizing universal superfluid hydrodynamics.

참여연구원: 권우진, 김준현, 서상원, 신용일.

http://physics.aps.org/articles/v9/143
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.245301