Superfluid 4He dynamics beyond quasiparticle excitations

The dynamics of superfluid 4He at and above the Landau quasiparticle regime is investigated by high precision inelastic neutron scattering measurements of the dynamic structure factor. A highly structured response is observed above the familiar phonon-maxon-roton spectrum, characterized by sharp thresholds for phonon-phonon, maxon-roton and roton-roton coupling processes. The experimental dynamic structure factor is compared to the calculation of the same physical quantity by a Dynamic Many-body theory including three-phonon processes self-consistently. The theory is found to provide a quantitative description of the dynamics of the correlated bosons for energies up to about three times that of the Landau quasiparticles.Comment: 5 pages, 3 figure

The dispersion relation of Landau elementary excitations and the thermodynamic properties of superfluid 4^4He

The dispersion relation $\epsilon(k)$ of the elementary excitations of superfluid $^4$He has been measured at very low temperatures, from saturated vapor pressure up to solidification, using a high flux time-of-flight neutron scattering spectrometer equipped with a high spatial resolution detector (10$^5$ 'pixels'). A complete determination of $\epsilon(k)$ is achieved, from very low wave-vectors up to the end of Pitaeskii's plateau. The results compare favorably in the whole the wave-vector range with the predictions of the dynamic many-body theory (DMBT). At low wave-vectors, bridging the gap between ultrasonic data and former neutron measurements, the evolution with the pressure from anomalous to normal dispersion, as well as the peculiar wave-vector dependence of the phase and group velocities, are accurately characterized. The thermodynamic properties have been calculated analytically, developing Landau's model, using the measured dispersion curve. A good agreement is found below 0.85 K between direct heat capacity measurements and the calculated specific heat, if thermodynamically consistent power series expansions are used. The thermodynamic properties have also been calculated numerically; in this case, the results are applicable with excellent accuracy up to 1.3 K, a temperature above which the dispersion relation itself becomes temperature dependent.Comment: 35 pages, 59 figures; Supplemental Material: Text, Tables, data file

Microscopic dynamics of superfluid 4He: A comprehensive study by inelastic neutron scattering

The dynamic structure factor of superfluid 4 He has been investigated at very low temperatures by inelastic neutron scattering. The measurements combine different incoming energies resulting in an unprecedentedly large dynamic range with excellent energy resolution, covering wave vectors Q up to 5 Å^(-1) and energies ω up to 15 meV. A detailed description of the dynamics of superfluid 4He is obtained from saturated vapor pressure up to solidification. The single-excitation spectrum is substantially modified at high pressures, as the maxon energy exceeds the roton-roton decay threshold. A highly structured multiexcitation spectrum is observed at lowenergies, where clear thresholds and branches have been identified. Strong phonon emission branches are observed when the phonon or roton group velocities exceed the sound velocity. The spectrum is found to display strong multiexcitations whenever the single excitations face disintegration following Pitaevskii's type a or b criteria. At intermediate energies, an interesting pattern in the dynamic structure factor is observed in the vicinity of the recoil energy. All these features, which evolve significantly with pressure, are in very good agreement with the dynamic many-body calculations, even at the highest densities, where the correlations are strongest.Fil: Beauvois, K.. Universite Grenoble Alpes. Institut Nanosciences et Cryogenie - Commissariat a L´Energie Atomique et Aux Energies Alternatives. Institut Nanosciences et Cryogenie; Francia. Institut Laue Langevin; FranciaFil: Dawidowski, Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; ArgentinaFil: Fåk, B.. Institut Laue Langevin; FranciaFil: Godfrin, H.. Universite Grenoble Alpes. Institut Nanosciences et Cryogenie - Commissariat a L´Energie Atomique et Aux Energies Alternatives. Institut Nanosciences et Cryogenie; FranciaFil: Krotscheck, E.. State University of New York; Estados UnidosFil: Ollivier, J.. Institut Laue Langevin; FranciaFil: Sultan, A.. Universite Grenoble Alpes. Institut Nanosciences et Cryogenie - Commissariat a L´Energie Atomique et Aux Energies Alternatives. Institut Nanosciences et Cryogenie; Franci

Static structure factor of liquid parahydrogen

7 págs.; 5 figs. ; PACS number~s!: 61.20.2p, 61.12.2q, 78.70.2gThe single-differential neutron-scattering cross section of liquid parahydrogen has been measured at 15.2 K and 2 bars of applied pressure by means of low-energy neutron diffraction. Our experimental conditions enable the direct observation of the peak of the liquid structure factor and therefore largely improve the signal-to-noise ratio with respect to measurements carried out using higher-energy neutron diffraction. This avoids the need of performing corrections of approximate nature to the measured cross section that is dominated by molecular rotational components if measured by conventional neutron diffraction. ©2004 American Physical SocietyPeer Reviewe

Estimation of soil plasticity limit by the use of its grain composition

W pracy podjęto próbę prognozowania granicy plastyczności wybranych gleb z rejonu Niziny Szczecińskiej. Do prognozowania wykorzystywano dane o składzie gleb lub jego wybrane wskaźniki. Stwierdzono, że dokładność prognozy granicy plastyczności zależy od składu granulometrycznego utworu glebowego. Ustalono również, że zastosowanie do modelowania przeciętnej średnicy ziarna, zewnętrznej powierzchni właściwej i stopnia dyspersji, zamiast informacji o zawartości wybranych frakcji składu granulometrycznego gleby, nie wpływa istotnie na jakość prognozy granicy plastyczności.The study attempts to forecast the plasticity limit of the selected soils from the region of Nizina Szczecińska. Data on soil composition or selected indexes were used for forecasting. It was determined that preciseness of the forecast of the plasticity limit depends on the grain composition of a soil formation. It was also determined that the application of outer specific surface and dispersion degree for modelling an average grain diameter, instead of information on the content of the selected fractions of soil grain composition, does not influence substantially the quality of the plasticity limit forecast

Wpływ średnicy stempla na wartość naprężenia granicznego w glebach o zróżnicowanym uziarnieniu

The objective of the paper was to verify the previously obtained results of research concerning the impact of the plate diameter on the measured value of the pre-compaction stress of silt (NG), in conditions of a wider range of soil types and their initial stage. The research was carried out on samples with a diameter of 100 mm and height of 30 mm produced from the soil material (M) or collected from the subsoil of the selected soils (AWN) with the granulation type of: silt loam, loam, light loam, sandy-clay soil. The following soils properties were determined: the granulation type, density of the solid phase, content of humus and calcium carbonate, reaction, plastic and liquid limit. The properties of samples were described with moisture, dry density of solid particles, porosity of aeration, degree of plasticity and degree of saturation. The samples were loaded with a testing machine with plates with varied diameters. The value of the pre-compaction stress of soil was measured with the method of searching the crossing point of tangents with the secondary stress curve and the original stresses curve (a classical method). It was found out that for samples M with the degree of saturation of 0.40-0.50, the pre-compaction stress does not significantly depend on the plate diameter. For samples M or AWN, with the degree of saturation of 0.64-0.82, the pre-compaction stress significantly depends on the diameter of the plate. A conclusion was formulated that in the research of NG with the method of uniaxial defonnations, the relation of the diameter of the plate (d) to the diameter of the cylinder (D) should be within 0.5 ≤ d/D ≤ 0.8.Celem pracy była weryfikacja wcześniej uzyskanych wyników badań, dotyczących wpływu średnicy stempla na wyznaczaną wartość naprężenia granicznego gleby pylastej (NG), w warunkach szerszego spektrum gatunków gleb i ich stanu początkowego. Badania przeprowadzono na próbkach o średnicy 100 mm i wysokości 30 mm, wytwarzanych z materiału glebowego (M) lub pobieranych z warstwy podornej wybranych gleb (NNS) o uziarnieniach: pyłu gliniastego, gliny zwykłej, gliny lekkiej, gliny piaszczysto-ilastej. Oznaczono następujące cechy gleb: skład granulometryczny, gęstość fazy stałej, zawartość próchnicy i węglanu wapnia, odczyn, granicę plastyczności i płynności. Właściwości próbek opisano: wilgotnością, gęstością objętościową szkieletu, porowatością aeracji, stopniem plastyczności i stopniem wilgotności. Próbki obciążano za pomocą maszyny wytrzymałościowej stemplami o zróżnicowanych średnicach. Wartość NG gleby wyznaczano metodą poszukiwania punktu przecięcia stycznych do krzywej naprężeń wtórnych i krzywej naprężeń pierwotnych (metoda klasyczna). Stwierdzono, że dla próbek M, o stopniu wilgotności 0,40-0,50, NG nie zależy istotnie od średnicy stempla. Dla próbek M lub NNS, o stopniu wilgotności 0,64-0,82, NG zależy istotnie od średnicy stempla. Sformułowano wniosek, że w badaniach NG metodą jednoosiowych odkształceń stosunek średnicy stempla (d) do średnicy cylindra (D) powinien mieścić się w przedziale 0,5 ≤ d/D ≤ 0,8

Wpływ średnicy stempla i wysokości próbki na wyznaczaną wartość naprężenia granicznego gleby

The objective of the paper was to verify previously obtained results of research on the impact of the plate diameter on the determined value of pre-compaction stress of soil (NG) with a wider selection of dimensions of samples. Tests were carried out on samples with a diameter (D) of 100 mm and heights (H) of 30, 50 or 100 mm produced from the soil material (M) or collected (NNS) from subsoil with the granulation group of: silt loam, loam, sandy loam, sandy clay loam. The following soil properties were determined: granulation type, density of the solid phase, content of humus and calcium carbonate, reaction, plastic and liquid limit. Properties of samples were described with moisture, dry density of solid particles, porosity of aeration, degree of plasticity and saturation. Samples were loaded with plates of varied diameters. The NG value was calculated with the method of searching for the crossing point of tangents with the secondary stress curve and the virgin stresses curve (a traditional method). It was stated that the plate diameter (d) and sample height (H) do not influence the measurement results when the relation d/D is within 0.5 ≤ d/D ≤ 0.8 and the ratio D/H equals 2. It is possible to omit the condition d/D in a situation when soil is low cohesive and its degree of moisture is ca. 0.41-0.44.Celem pracy była weryfikacja wcześniej uzyskanych wyników badań wpływu średnicy stempla na wyznaczaną wartość naprężenia granicznego gleby (NG), w warunkach szerszego spektrum wymiarów próbek. Badania przeprowadzono na próbkach o średnicy (D) 100 mm i wysokościach (H) 30, 50 lub 100 mm, wytwarzanych z materiału glebowego (M) lub pobieranych (NNS) z warstwy podornej gleb o uziarnieniach: pyłu gliniastego, gliny zwykłej, gliny lekkiej, gliny piaszczysto-ilastej. Oznaczono następujące cechy gleb: skład granulometryczny, gęstość fazy stałej, zawartość próchnicy i węglanu wapnia, odczyn, granice plastyczności i płynności. Właściwości próbek opisano: wilgotnością, gęstością objętościową szkieletu, porowatością aeracji, stopniem plastyczności i stopniem wilgotności. Próbki obciążano stemplami o zróżnicowanych średnicach. Wartość NG wyznaczano metodą poszukiwania punktu przecięcia stycznych do krzywej naprężeń wtórnych i krzywej naprężeń pierwotnych (metoda klasyczna). Stwierdzono, że średnica stempla (d) i wysokości próbki (H) nie wpływają na wynik pomiaru, gdy stosunek d/D zawiera się w przedziale 0,5 ≤ d/D ≤ 0,8 a iloraz D/H jest równy 2. Możliwe jest pominięcie warunku d/D w sytuacji, gdy gleba należy do mało spoistych, a jej stopień wilgotności wynosi około 0,41-0,44

Porównanie wilgotnościowych właściwości gleb w kontekście ich podatności na ugniatanie kołami pojazdów rolniczych

The objective of the studies was to compare optimum moisture content determined with Proctor's method with other moisture properties of the selected soils from the region of Szczecin Lowland (Poland). Soils of the 1st and 2nd complex of agricultural usefulness were investigated by measurements conducted on soil samples collected outside of headlands and technological routes. In the subsoil the following soil properties were determined: current field moisture content, soil moisture at water potentials pF0 and pF2, granulometric composition, density of solid phase, humus content, reaction, limits of plasticity and liquidity, maximum dry density of solid particles and optimal moisture content determined with Proctor's apparatus. It was proved that variability of optimal moisture value increases along with the increase of loamy fractions. It was also found out that for soils of the sandy loam or sandy clay loam granulometric composition the optimal moisture content of soil, determined with Proctor's apparatus is similar to the value of its optimum water content for tillage.Celem niniejszej pracy było porównanie wilgotności optymalnej wyznaczanej metodą Proctora z innymi właściwościami wilgotnościowymi wybranych gleb z rejonu Niziny Szczecińskiej. Badano gleby 1 i 2 kompleksu przydatności rolniczej wykonując pomiary poza uwrociami i ścieżkami technologicznymi. W warstwie podornej gleby oznaczono: wilgotności gleby przy potencjałach wody pF0 i pF2, skład granulometryczny, gęstość fazy stałej, zawartość próchnicy, odczyn, granice plastyczności i płynności oraz maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego i wilgotność optymalną aparatem Proctora. Wykazano, że zmienność wartości wilgotności optymalnej gleby zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości cząstek ilastych. Stwierdzono, że dla utworów o składzie granulometrycznym gliny lekkiej lub gliny piaszczysto - ilastej wilgotność optymalna gleby, oznaczona aparatem Proctora, jest zbliżona do wartości jej optymalnej wilgotności uprawowej

Determination of soil humidity in its sur-arable layer based on capillary pottential measure

Celem pracy była próba poszukiwania zależności pomiędzy siłą ssącą gleby, mierzoną za pomocą tzw. szybkiego tensjometru, a jej wilgotnością oznaczoną metodą suszarkowo - wagową. Badania ograniczono do warstwy podornej wybranych gleb Niziny Szczecińskiej. W pracy przyjęto, że wilgotność objętościowa określona przy potencjale pF0 odpowiada wartości 0 kPa na skali tensjometru. Wilgotność objętościowa oznaczona zaś na płycie gipsowej przy potencjale pF2 odpowiada w warunkach polowych wskazaniu tensjometru równemu 10 kPa. Stwierdzono, że uzyskane równania regresji pozwalają na zgrubne szacowanie wilgotności gleby z błędem względnym prognozy do 18%.The purpose of the study was an attempt to search for dependence between soil capillary potential measured with the use of the so-called fast tensiometer and its humidity determined by a dryer-scale method. The research was limited to a sur-arable layer of the selected soils of Nizina Szczecińska. The study assumed that volumetric humidity determined at the potential pF0 corresponds to 0kPa on a tensiometer scale. Whereas, the volumetric humidity determined on plasterboard with the potential pF2 corresponds in field conditions to the response of tensiometer equal to 10kPa. It was determined that the obtained regression equations allow for coarse estimation of the soil humidity with a relative error of forecast up to 18%

Wpływ średnicy stempla na wyznaczaną wartość naprężenia granicznego próbek wytworzonych z gleby pylastej

The objective of the paper was to investigate the impact of the plate diameter on the value of the measured pre-compaction stress of soil. The investigations were carried out on model samples with 100 mm diameter and 30 mm height made of the silt loam and the percentage moisture content of 13.7 and 21.9%. The following properties of the used material were measured: the granulation group, density of solid particles, humus content, reaction, plastic and liquid limit and the degree of saturation of samples. The samples were loaded with a testing machine using plates with varied diameters: 20, 30, 50, 70, 80, 90, 96, 98 and 99 mm. The pre-compaction stress value was measured with the method of searching for the crossing point of tangents with the secondary stress curve and original stress curve (a classic method). It was found out that for samples with saturation amounting to 13.7% of the moisture content the pre-compaction stress does not significantly depend on the plate diameter. For samples with saturation amounting to 21.9% of the moisture content the pre-compaction stress may significantly depend on the plate diameter. Based on the obtained results a conclusion was made that in the research on the pre-compaction stress with the method of uni-axial deformations, the relation of the plate diameter (d) to the diameter of the cylinder (D) should be within 0.3 ≤ d/D < 0.8.Celem pracy było zbadanie wpływu średnicy stempla na wartość wyznaczanego naprężenia granicznego gleby. Badania przeprowadzono na próbkach modelowych o średnicy 100 mm i wysokości 30 mm, wytwarzanych z materiału glebowego o uziarnieniu pyłu gliniastego i wilgotnościach 13,7 oraz 21,9% wag. Oznaczono następujące cechy użytego materiału: skład granulometryczny, gęstość fazy stałej, zawartość próchnicy, odczyn, granicę plastyczności i płynności oraz obliczono stopień wilgotności próbek. Wytworzone próbki były obciążane za pomocą maszyny wytrzymałościowej stemplami o średnicach: 20, 30, 50, 70, 80, 90, 96, 98 i 99 mm. Wartość naprężenia granicznego gleby wyznaczano metodą poszukiwania punktu przecięcia stycznych do krzywej naprężeń wtórnych i krzywej naprężeń pierwotnych (metoda klasyczna). Stwierdzono, że dla próbek o wilgotności równej 13,7 % wag. naprężenie graniczne nie zależy istotnie od średnicy stempla. Dla próbek o wilgotności 21,9% wag. naprężenie graniczne może zależeć istotnie od średnicy stempla. Na podstawie uzyskanych wyników sformułowano wniosek, że w badaniach naprężenia granicznego metodą jednoosiowych odkształceń stosunek średnicy stempla (d) do średnicy cylindra (D) powinien mieścić się w przedziale 0,3 ≤ d/D < 0,8