Väitös teknillisen fysiikan alalta, FM Niklas Hietala

2017-09-22 12:00:00 2017-09-22 23:59:21 Europe/Helsinki Väitös teknillisen fysiikan alalta, FM Niklas Hietala Väitöskirjan nimi on: Helical waves on quantized vortices http://physics.aalto.fi/fi/midcom-permalink-1e78be7f0ad03a28be711e782157f094b501db81db8 Otakaari 4, 02150, Espoo

Väitöskirjan nimi on: Helical waves on quantized vortices

22.09.2017 / 12:00
Sali K216, Otakaari 4, 02150, Espoo, FI

Filosofian maisteri Niklas Hietala väittelee perjantaina 22.9.2017 klo 12 Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulussa, salissa K216, Otakaari 4, Espoo. Väitöskirjassa "Helical waves on quantized vortices" tutkittiin numeeristen simulaatioiden avulla kvantittuneita virtauspyörteitä supranesteissä. Näiden viivamaisten pyörteiden korkkiruuvimainen aaltoilu on merkittävässä osassa supranesteiden turbulenssia.

Turbulenssille ominaista ovat monen kokoiset ja voimakkuuksiset pyörteet. Yksinkertaisin kvanttimekaniikan mukainen virtauspyörre supranesteessä on rakenteeltaan viivamaista ydintä kiertävä kvantittunut persistentti virtaus. Väitöskirjassa tutkittiin näiden kvantittuneiden virtauspyörteiden eli vorteksien dynamiikkaa. Kvanttiturbulenssissa eli supranesteiden turbulenssissa nämä viivamaiset pyörteet liikkuvat kaoottisena vyyhtinä.

Tutkimalla hyvin määriteltyjä pyörteitä supranesteessä pääsemme tutkimaan turbulenssin luurankoa. Erikoisesta luonteestaan huolimatta supranesteiden turbulenssi muistuttaa klassista turbulenssia, joka on tuttu muun muassa lentokoneiden ilmakuopista. Klassiselle turbulenssille ominaiset erikokoiset pyörteet näkyvät kvanttiturbulenssissa vorteksien kimppuuntumisena erikokoisiin vorteksinippuihin. Klassisentapaisen turbulenssin lisäksi supranesteissä esiintyy myös mielenkiintoisia ilmiöitä, joita ei nähdä tavallisissa nesteissä. Joissain tapauksissa ei esimerkiksi vorteksien kimppuuntumista tapahdu ollenkaan, eikä nesteessä siten ole mahdollista havaita suurempia rakenteita kuin yksittäiset pyörteet.

Tärkeässä osassa supranesteiden turbulenssia ovat kelvinaallot eli yksittäistä vorteksia pitkin etenevät helikaaliset, korkkiruuvimaiset aallot. Väitöskirjassa tutkittiin näiden aaltojen identifiointia numeerisissa simulaatioissa, vierekkäisten aaltoilevien pyörteiden vuorovaikutusta ja virtauksen aiheuttamaa vorteksin värähtelyä. Tietokonesimulaatioiden lisäksi työssä ratkottiin yhtälöitä analyyttisesti ja hyödynnettiin erilaisia matemaattisia käsitteitä pyörteiden aaltoilun kuvailuun.

Väitöstiedote (pdf)

Vastaväittäjä: Dr. Andrew W. Baggaley, Newcastle University, UK

Kustos: professori Pertti Hakonen, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos