Quantum vortex stability in draining fluid flows
Abstract: Quantum vortices with more than a single circulation quantum are usually unstable and decay into clusters of smaller vortices. One way to prevent the decay is to place the vortex at the centre of a convergent (draining) fluid flow, which tends to force vortices together. It is found that whilst the primary splitting instability is suppressed in this way (and completely quenched for strong enough flows) a secondary instability can emerge in circular trapping geometries. This behaviour is related to an instability of rotating black holes when superradiantly amplified waves are confined inside a reflective cavity. The end state of the secondary instability is dramatic, manifesting as a shock wave that propagates round the circular wall and nucleates many more vortices.
- C. F. Barenghi, R. J. Donnelly, and W. F. Vinen, Quantized vortex dynamics and superfluid turbulence, Vol. 571 (Springer Science & Business Media, 2001).
- J. M. Kosterlitz, Rev. Mod. Phys. 89, 040501 (2017).
- A. A. Abrikosov, Rev. Mod. Phys. 76, 975 (2004).
- C. F. Barenghi and N. G. Parker, A primer on quantum fluids (Springer, 2016).
- E. Lundh, Phys. Rev. A 65, 043604 (2002).
- T. P. Simula, S. M. M. Virtanen, and M. M. Salomaa, Phys. Rev. A 65, 033614 (2002).
- L. Giacomelli and I. Carusotto, Phys. Rev. Research 2, 033139 (2020).
- B. Lautrup, Physics of continuous matter: exotic and everyday phenomena in the macroscopic world (CRC press, 2011).
- S. Inui, T. Nakagawa, and M. Tsubota, Phys. Rev. B 102, 224511 (2020).
- W. Ruffenach, L. Galantucci, and C. F. Barenghi, J. Low Temp. Phys. , 1 (2023).
- I. Carusotto and C. Ciuti, Rev. Mod. Phys. 85, 299 (2013).
- S. N. Alperin and N. G. Berloff, Optica 8, 301 (2021).
- D. Solnyshkov, I. Septembre, and G. Malpuech, arXiv preprint arXiv:2309.06269 (2023).
- D. A. Zezyulin and V. V. Konotop, arXiv preprint arXiv:1411.7948 (2014).
- W. H. Press and S. A. Teukolsky, Nature 238, 211 (1972).
- R. Brito, V. Cardoso, and P. Pani, Superradiance, Vol. 10 (Springer, 2020).
- T. R. Slatyer and C. M. Savage, Class. Quant. Grav. 22, 3833 (2005).
- T. A. S. Cardoso and M. Richartz, Phys. Rev. A 106, 063310 (2022).
- G. E. Volovik, The universe in a helium droplet, Vol. 117 (OUP Oxford, 2003).
- Y. A. Stepanyants and G. H. Yeoh, J. Fluid Mech. 604, 77 (2008).
- S. Basak and P. Majumdar, Class. Quant. Grav. 20, 3907 (2003).
- S. P. Cockburn and N. P. Proukakis, Laser Physics 19, 558 (2009).
- B. Damski, Phys. Rev. A 69, 043610 (2004).
- N. Navon, R. P. Smith, and Z. Hadzibabic, Nat. Phys. 17, 1334 (2021).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.