Rotating quantum turbulence in superfluid 4He in the T=0 limit

Observations of quantum turbulence in pure superfluid 4He in a rotating container are reported. New techniques of large-scale forcing (rotational oscillations of the cubic container) and detecting (monitoring ion transport along the axis of rotation) turbulence were implemented. Near the axial walls, with increasing forcing the vortex tangle grows without an observable threshold. This tangle gradually develops into bulk turbulence at a characteristic amplitude of forcing that depends on forcing frequency and rotation rate. At higher amplitudes, the total vortex line length increases rapidly. Resonances of inertial waves are observed in both laminar and turbulent bulk states. On such resonances, the turbulence appears at smaller amplitudes of forcing.Comment: 5 pages, 5 figure

Kinematics of a hot massive accretion disk candidate

Characterizing rotation, infall and accretion disks around high-mass protostars is an important topic in massive star formation research. With the Australia Telescope Compact Array and the Very Large Array we studied a massive disk candidate at high angular resolution in ammonia (NH3(4,4) & (5,5)) tracing the warm disk but not the envelope. The observations resolved at ~0.4'' resolution (corresponding to ~1400AU) a velocity gradient indicative of rotation perpendicular to the molecular outflow. Assuming a Keplerian accretion disk, the estimated protostar-disk mass would be high, similar to the protostellar mass. Furthermore, the position-velocity diagram exhibits additional deviation from a Keplerian rotation profile which may be caused by infalling gas and/or a self-gravitating disk. Moreover, a large fraction of the rotating gas is at temperatures >100K, markedly different to typical low-mass accretion disks. In addition, we resolve a central double-lobe cm continuum structure perpendicular to the rotation. We identify this with an ionized, optically thick jet.Comment: 5 pages, 3 figures, accepted for Astrophysical Journal Letters, a high-resolution version of the draft can be found at http://www.mpia.de/homes/beuther/papers.htm

Chirality of superfluid 3He-A

We have used torsional oscillators, containing disk-shaped slabs of superfluid 3He-A, to probe the chiral orbital textures created by cooling into the superfluid state while continuously rotating. Comparing the observed flow-driven textural transitions with numerical simulations of possible textures shows that an oriented monodomain texture with l antiparallel to the angular velocity Omega_0 is left behind after stopping rotation. The bias towards a particular chirality, while in the vortex state, is due to the inequivalence of energies of vortices of opposite circulation. When spun-up from rest, the critical velocity for vortex nucleation depends on the sense of rotation, Omega, relative to that of l. A different type of vorticity, apparently linked to the slab's rim by a domain wall, appears when Omega is parallel to l.Comment: 8 pages, 6 figure

The structure and stability of molecular cloud cores in external radiation fields

We have considered the thermal equilibrium in pre-protostellar cores in the approximation where the dust temperature is independent of interactions with the gas and where the gas is heated both by collisions with dust grains and ionization by cosmic rays. We have then used these results to study the stability of cores in the limit where thermal pressure dominates over magnetic field and turbulence. We find that for cores with characteristics similar to those observed, the gas and dust temperatures are coupled in the core interior. As a consequence, the gas temperature like the dust temperature decreases towards the center of these objects. The density structure computed taking into account such deviations from isothermality are not greatly different from that expected for an isothermal Bonnor-Ebert sphere. It is impossible in the framework of these models to have a stable equilibrium core with mass above about 5 solar masses and column density compatible with observed values. We conclude from this that observed high mass cores are either supported by magnetic field or turbulence or are already in a state of collapse. Lower mass cores on the other hand have stable states and we conclude that the much studied object B68 may be in a state of stable equilibrium if the internal gas temperature is computed in self-consistent fashion. Finally we note that in molecular clouds such as Ophiuchus and Orion with high radiation fields and pressures, gas and dust temperatures are expected to be well coupled and hence one expects temperatures to be relatively high as compared to low pressure clouds like Taurus.Comment: 11 pages, 6 figures. Astronomy & Astrophysics, in pres

Interactions between unidirectional quantized vortex rings

We have used the vortex filament method to numerically investigate the interactions between pairs of quantized vortex rings that are initially traveling in the same direction but with their axes offset by a variable impact parameter. The interaction of two circular rings of comparable radii produce outcomes that can be categorized into four regimes, dependent only on the impact parameter; the two rings can either miss each other on the inside or outside, or they can reconnect leading to final states consisting of either one or two deformed rings. The fraction of of energy went into ring deformations and the transverse component of velocity of the rings are analyzed for each regime. We find that rings of very similar radius only reconnect for a very narrow range of the impact parameter, much smaller than would be expected from geometrical cross-section alone. In contrast, when the radii of the rings are very different, the range of impact parameters producing a reconnection is close to the geometrical value. A second type of interaction considered is the collision of circular rings with a highly deformed ring. This type of interaction appears to be a productive mechanism for creating small vortex rings. The simulations are discussed in the context of experiments on colliding vortex rings and quantum turbulence in superfluid helium in the zero temperature limit

No Effect of Steady Rotation on Solid 4^4He in a Torsional Oscillator

We have measured the response of a torsional oscillator containing polycrystalline hcp solid $^{4}$He to applied steady rotation in an attempt to verify the observations of several other groups that were initially interpreted as evidence for macroscopic quantum effects. The geometry of the cell was that of a simple annulus, with a fill line of relatively narrow diameter in the centre of the torsion rod. Varying the angular velocity of rotation up to 2\,rad\,s$^{-1}$ showed that there were no step-like features in the resonant frequency or dissipation of the oscillator and no history dependence, even though we achieved the sensitivity required to detect the various effects seen in earlier experiments on other rotating cryostats. All small changes during rotation were consistent with those occurring with an empty cell. We thus observed no effects on the samples of solid $^4$He attributable to steady rotation.Comment: 8 pages, 3 figures, accepted in J. Low Temp. Phy

Characterization of Infrared Dark Clouds -- NH3_3 Observations of an Absorption-contrast Selected IRDC Sample

Despite increasing research in massive star formation, little is known about its earliest stages. Infrared Dark Clouds (IRDCs) are cold, dense and massive enough to harbour the sites of future high-mass star formation. But up to now, mainly small samples have been observed and analysed. To understand the physical conditions during the early stages of high-mass star formation, it is necessary to learn more about the physical conditions and stability in relatively unevolved IRDCs. Thus, for characterising IRDCs studies of large samples are needed. We investigate a complete sample of 218 northern hemisphere high-contrast IRDCs using the ammonia (1,1)- and (2,2)-inversion transitions. We detected ammonia (1,1)-inversion transition lines in 109 of our IRDC candidates. Using the data we were able to study the physical conditions within the star-forming regions statistically. We compared them with the conditions in more evolved regions which have been observed in the same fashion as our sample sources. Our results show that IRDCs have, on average, rotation temperatures of 15 K, are turbulent (with line width FWHMs around 2 km s$^{-1}$), have ammonia column densities on the order of $10^{14}$ cm$^{-2}$ and molecular hydrogen column densities on the order of $10^{22}$ cm$^{-2}$. Their virial masses are between 100 and a few 1000 M$_\odot$. The comparison of bulk kinetic and potential energies indicate that the sources are close to virial equilibrium. IRDCs are on average cooler and less turbulent than a comparison sample of high-mass protostellar objects, and have lower ammonia column densities. Virial parameters indicate that the majority of IRDCs are currently stable, but are expected to collapse in the future.Comment: 21 pages, 11 figures, 7 tables. Paper accepted for publication in Astronomy & Astrophysic

Educational Opportunities and Geographical Distribution of Degree Teachers in Saskatchewan

L'objet de cette étude est l'examen des tendances historiques dans la répartition des compétences en éducation en Saskatchewan entre 1957 et 1974 à la lumière de certains changements dans l'organisation socio-économique entourant l'engagement des enseignants qui se produisit durant cette période. Après une analyse de ces changements, trois hypothèses ont été mises de l'avant pour expliquer la contraction qu'on y observa dans les écarts régionaux de la répartition des compétences en éducation. Ces hypothèses sont les suivantes: 1. l'hypothèse de la structure des négociations; 2. l'hypothèse de capacité de payer; 3. l'hypothèse de l'accroissement du surplus d'enseignants.L'hypothèse de la structure des négociations indique que, plus la structure des négociations devient centralisée, plus la répartition des compétences en éducation s'égalise quand on la compare au rapport entre l'ensemble des enseignants et le nombre des enseignants licenciés. Ceci signifie que, si la négociation collective se poursuivait au niveau local, les commissions scolaires fortunées seraient en mesure d'offrir des traitements plus élevés aux enseignants que les commissions scolaires moins riches. Ceci créerait un partage inégal des compétences entre les différentes commissions scolaires. D'autre part, la négociation centralisée au niveau provincial contribuerait probablement à un partage plus uniforme des enseignants licenciés parce qu'une telle négociation entraînerait une échelle uniforme des salaires, ce qui aurait pour effet de limiter la possibilité pour les commissions scolaires fortunées d'acquérir un personnel enseignant plus qualifié en établissant et en offrant des taux de salaires particulièrement attrayants.La capacité de payer se fonde sur les motifs suivants. Même si les échelles de salaires sont normalisées, il est du ressort des commissions scolaires prises individuellement de fixer le nombre d'enseignants licenciés qu'on peut engager pour une année donnée. Les enseignants licenciés touchent un traitement substantiellement plus élevé que les non-licenciés. En conséquence, étant donné l'empressement plus ou moins uniforme des diverses commissions scolaires à engager des enseignants licenciés, la capacité de payer des commissions scolaires prises individuellement déterminera dans une large mesure la demande d'enseignants licenciés, d'où l'observation d'une tendance au resserrement des écarts régionaux dans la répartition des compétences en éducation, ce qui peut être tout simplement la reflexivité d'écarts qui se rétrécissent dans la capacité de payer des commissions scolaires.La troisième hypothèse indique qu'une augmentation de l'offre chez les enseignants licenciés tend à établir une répartition plus égale des enseignants licenciés entre les différentes commissions scolaires. Cette hypothèse confirme qu'une échelle uniforme des salaires ne se traduit pas nécessairement par une répartition uniforme des enseignants licenciés dans toute la province à cause de l'existence d'une préférence régionale qui s'exprime dans un choix favorisant les commissions scolaires urbaines au détriment des commissions scolaires rurales. Cette constatation fait ressortir que, lorsque l'offre d'enseignants licenciés est limitée, tous les enseignants licenciés, s'ils le désirent, peuvent être engagés par les commissions scolaires qu'ils préfèrent, créant ainsi une répartition faussée des enseignants licenciés. Lorsque l'offre d'enseignants licenciés s'accroît, l'attirance marginale vers les commissions scolaires qu'ils préféraient antérieurement commence à décliner, d'où il peut y avoir un excédent d'enseignants licenciés dans les régions moins recherchées, ce qui crée une répartition plus égale.Ces trois hypothèses furent vérifiées en regard d'un ensemble de séries chronologiques tirées de différents registres conservés au ministère de l'Éducation de la Saskatchewan. Ces recherches laissent sous-entendre que l'hypothèse de l'augmentation du surplus d'enseignants fournit l'explication la plus satisfaisante, quoique les données pour les dernières années favorisent l'hypothèse de la capacité de payer. D'autre part, l'analyse empirique n'apporte pas un appui très fort à l'hypothèse de la structure des négociations. Une structure de négociations de plus en plus centralisée, tout en étant efficace en ce qui a trait à la normalisation des échelles de salaires, ne semble pas être d'un poids très important sur l'égalisation du partage des compétences dans le secteur de l'éducation.Pour ce qui est de 1974, la répartition des enseignants licenciés était loin d'être uniforme. Les écarts entre le milieu urbain et le milieu rural étaient encore très marqués. Afin d'en arriver à une répartition plus uniforme des compétences en éducation, on peut concevoir deux possibilités: 1. continuer à accroître l'offre d'enseignants licenciés, même au point de créer un surplus; 2. imaginer un système de compensation par lequel les facteurs géographiques désavantageux qu'on perçoit soient corrigés en offrant plus d'avantages et d'allocations. Bien que cette dernière mesure soit probablement la plus désirable du point de vue d'une allocation efficace des ressources et que, en conséquence, elle en minimise le coût pour la collectivité, il est douteux que les principaux acteurs du système de négociations collectives, le ministère de l'Éducation, l'Association des commissaires d'écoles de la Saskatchewan et la Fédération des enseignants de la Saskatchewan, soient prêts et en mesure d'inventer et, ensuite, de supporter un tel système d'écarts dans les salaires parce que l'uniformité des échelles de salaires à la grandeur de la province a été retenue comme la priorité fondamentale de la part de la Fédération des enseignants et qu'elle offre aussi un avantage politique considérable au gouvernement de la Saskatchewan.The purpose of this study is to examine the historical trend on the distribution of teacher skillmix between 1957 and 1974 in the light of certain changes in the socio-economic setting surrounding employment of teachers which occured during the period

Teacher’s Salary Differentials and the Quality of Educational Services : Recent Developments in Saskatchewan

Cet article a pour objet d'analyser la structure des négociations et des échelles de salaire dans les commissions scolaires en Saskatchewan en regard de mesures destinées à assurer l'équivalence des services éducatifs dans l'ensemble de la province. On tient pour avéré, semble-t-il, que le paiement de traitements à peu près uniformes soit de nature à permettre d'avoir un personnel enseignant de valeur à peu près égale où que les enseignants se trouvent dans la province. Une répartition égale des compétences est naturellement essentielle pour assurer partout des services qui s'équivalent. C'est cette considération qui a été à l'origine de la centralisation de la négociation collective en Saskatchewan. Ce que nous soutenons dans cet article, c'est que la centralisation des mécanismes de négociation ne conduit pas nécessairement à une répartition uniforme des compétences. Les recherches expérimentales sur ce sujet comprennent trois parties.En premier lieu, on a évalué les différentiels de salaire au cours d'une période de douze ans entre 1960 et 1964 et entre 1966 et 1972. On y a découvert que, au fur et à mesure que les années s'écoulaient, les écarts allaient se rétrécissant et que les différentiels de salaire, considérés sous leur angle territorial, reflétaient en partie une répartition déformée de la compétence des effectifs et en partie les différentiels de salaire comme tels. Aussi cette constatation traduit-elle le déplacement graduel de la négociation collective du niveau local au niveau régional, puis du niveau régional au niveau provincial au fil des années. La centralisation des mécanismes de négociation a inévitablement réduit les écarts de salaire.Par après, l'analyse a consisté à évaluer dans quelle mesure le degré de qualification des enseignants mesuré en fonction de ses brevets et de ses années d'expérience a tendance à modifier le taux moyen des salaires. En se fondant sur un échantillonnage des données pour les années 1970, 1971 et 1972, on a découvert qu'une bonne portion de la variation totale des taux moyens de salaire s'explique par ces deux facteurs, principalement le degré des brevets. Même si les données pour les années antérieures n'étaient pas disponibles, on a pu en déduire que, au cours de cette période de douze ans, les écarts qui existaient dans le degré dequalification des enseignants se sont moins atténués que les disparités de salaire. En ce qui concerne la qualité de l'enseignement, les écarts de niveaux de compétence constituent un enjeu plus important que les différences de salaire.Aussi, la troisième partie de l'étude porte-t-elle sur la répartition inégale des qualifications d'une localité à l'autre. À ce propos, on a exprimé l'hypothèse selon laquelle le niveau moyen des compétences dans une commission scolaire dépendait en grande partie de la capacité de payer de la municipalité scolaire. En réalité, plus une commission scolaire est capable de payer des traitements élevés, plus on y retrouve des enseignants compétents et expérimentés, alors que la commission scolaire plus pauvre ne peut se payer ce luxe.Pour vérifier cette hypothèse, on a établi certains modèles distincts de capacité de paiement pour les municipalités scolaires urbaines et pour les municipalités scolaires rurales, ceci du fait qu'elles possèdent des installations différentes. La capacité de payer des commissions scolaires urbaines fut établie en considérant le montant d'impôts scolaires perçus par élève et celle des municipalités scolaires rurales à partir de leurs revenus totaux, déduction faite du coût des transports des écoliers et de ce qu'il leur fallait verser à d'autres commissions scolaires. Dans les deux cas, la capacité de payer correspond d'une façon significative au niveau moyen de compétence du corps professoral, ce qui confirme notre hypothèse.Ce qui ressort clairement de la présente étude, c'est que, malgré des échelles de salaire qui tendent à s'uniformiser, les commissions scolaires prises individuellement sont en mesure d'influer sur le niveau moyen de compétence de telle manière qu'elles perpétuent un niveau équitable de qualification professionnelle d'une commission par rapport à l'autre. En fait, sous le régime de la négociation provinciale, les différences de capacité de paiement entre les commissions scolaires locales n'ont guère d'influence sur les taux de salaire, mais, par contre, elles influeront sur la répartition du degré de compétence des enseignants tant que les municipalités scolaires prises individuellement percevront les impôts scolaires et détiendront le pouvoir d'embaucher et de congédier les enseignants.D'un point de vue politique, la conclusion de cette étude est claire. Pour arriver à une répartition plus uniforme de la compétence professionnelle, il est nécessaire d'uniformiser la capacité de payer. Le gouvernement provincial est bien placé pour atténuer les écarts dans la capacité de payer au niveau local en ajustant sa politique de subventions de telle sorte que des subsides plus généreux soient versés aux commissions scolaires qui, présentement, emploient des enseignants de moindre qualification.This paper examines the relationship between teacher wage determination and the distribution of teacher skill-mix, based on recent Saskatchewan data. The authors argue that while centralized bargaining produces more uniform wage scale throughout the Province, it does not necessarily lead to the uniform distribution of teacher skill-mix among municipalities which is one of the most important conditions for the achievement of equality in the provision of educational services ; rather, it is the ability to pay of the individual school boards which has crucial bearings upon the composition of teacher skill-mix