Interaction of acoustic and thermal waves in superfluid helium: the hydrodynamic analogy of the Cherenkov effect

Abstract

Interaction of acoustic and thermal waves in superfluid helium: the hydrodynamic analogy of the Cherenkov effect Abstract This thesis explores the interaction between the first and second sound in superfluid helium (He II) using a FabryPerot resonator. The coupling is studied through both an optomechanical analogy and the Hamiltonian theory of Pokrovskii and Khalatnikov. We derive and simulate the expected resonance frequency shift of the first sound due to the presence of the second sound. Although no interaction was directly observed in our current setup, we provide estimates of the required parameters and propose improvements. This work lays theoretical and experimental foundations for future observations of such coupling effects. 1

Interakcia akustického a tepelného vlnenia v supratekutom héliu: hydrodynamická analógia Čerenkovho javu Abstrakt Táto práca skúma interakciu medzi prvým a druhým zvukom v supratekutom héliu (He II) pomocou Fabry-Perotovho rezonátora. Väzba medzi nimi je analyzovaná pro- stredníctvom analógie s optomechanikou a Hamiltoniánskej teórie Pokrovského a Khalat- nikova. Odvodzujeme a numericky simulujeme očakávaný posun rezonančnej frekvencie prvého zvuku spôsobený prítomnosťou druhého zvuku. Hoci sa nám v aktuálnom expe- rimente nepodarilo túto interakciu priamo pozorovať, poskytujeme odhady potrebných parametrov a navrhujeme možné vylepšenia. Práca tak vytvára teoretický aj experimen- tálny základ pre budúce pozorovanie tohto typu väzby. 1