变负曲率表面上的共旋涡:哈密顿结构与漂移动力学

流体和超流体中的涡旋现象支撑着从玻色-爱因斯坦凝聚态、超流体薄膜到中子星和流体力学微型转子等诸多领域,其中几何结构会显著影响其运动特性。曲面几何可引发平面系统中不存在的涡旋运动特征。研究人员以变负曲率极小曲面——悬链面为研究对象,推导出哈密顿涡旋运动的显式方程、守恒量及共转涡旋对的简化模型。针对两个全同涡旋,该工作发现存在严格的对称解:涡旋对在固定纬度保持刚性旋转,其角速度Ω=(Γ/16π)K′(V)/-K(V)(K(V)为高斯曲率),表明运动由曲率梯度而非曲率本身主导。这一对称态呈线性不稳定性,增长率λ=√3|Ω|,与数值模拟结果一致。对于一般等强度涡旋对,哈密顿量与旋转动量的守恒将非线性动力学简化为单一积分问题,呈现有界相对振荡伴随长期方位漂移。完整方程的模拟验证了简化理论,并揭示出局域多涡旋团簇中存在相同的曲率诱导输运机制,为建立曲面集体涡旋漂移的普适理论奠定了基础。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-04-28 14:12

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