Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Гелий II будет «ползать» по поверхности, чтобы найти свой собственный уровень - через короткое время уровни в двух контейнерах сравняются. Пленка Роллин также охватывает внутреннюю часть емкости большего объема; если бы он не был запечатан, гелий II выполз бы наружу и улетел бы.
Жидкий гелий находится в сверхтекучей фазе. Тонкая невидимая пленка сползает вверх по внутренней стенке чаши и опускается снаружи. Образуется капля. Он упадет в жидкий гелий внизу. Это будет повторяться до тех пор, пока чашка не станет пустой - при условии, что жидкость останется сверхтекучей.
Физика конденсированного состояния
QuantumPhaseTransition.svg
Фазы  · Фазовый переход  · QCP
состояния вещества
Твердое  тело · Жидкость  · Газ  · Плазма  · Конденсат Бозе-Эйнштейна  · Бозе-газ  · Фермионный конденсат  · Ферми-газ  · Ферми-жидкость  · Сверхтвердое тело  · Сверхтекучесть  · Жидкость Латтинжера  · Временной кристалл
Фазовые явления
Параметр заказа  · Фазовый переход  · QCP
Электронные фазы
Электронная структура группы  · Плазменные  · Изолятор  · Мотта изолятор  · Полупроводниковый  · полуметалл  · Проводник  · сверхпроводник  · Термоэлектрический  · Пьезоэлектрический  · сегнетоэлектрических  · топологическая изолятор  · Спин бесщелевого полупроводника
Электронные явления
Квантовый эффект Холла  · Спиновый эффект Холла  · Эффект Кондо
Магнитные фазы
Диамагнетик  · Супердиамагнетик
Парамагнетик  · Суперпарамагнетик
Ферромагнетик  · Антиферромагнетик
Метамагнетик  · Спиновое стекло
Квазичастицы
Фонон  · Экситон  · Плазмон-
поляритон  · Полярон  · Магнон
Мягкая материя
Аморфное твердое вещество  · Коллоид  · Гранулированный материал  · Жидкий кристалл  · Полимер
Ученые
Ван дер Ваальс  · Оннес  · фон Лауэ  · Брэгг  · Дебай  · Блох  · Онсагер  · Мотт  · Пайерлс  · Ландау  · Латтинджер  · Андерсон  · Ван Влек  · Хаббард  · Шокли  · Бардин  · Купер  · Шриффер  · Джозефсон  · Луи Нил  · Эсаки  · Джавер  · Кон  · Каданов  · Фишер  · Уилсон  · фон Клитцинг  · Бинниг  · Рорер  · Беднорц  · Мюллер  · Лафлин  · Штёрмер  · Ян  · Цуй  · Абрикосов  · Гинзбург  · Леггетт
  • v
  • т
  • е
Не следует путать со сверхкритической жидкостью .

Сверхтекучесть - это характерное свойство жидкости с нулевой вязкостью, которая течет без потери кинетической энергии . При перемешивании сверхтекучая жидкость образует вихри, которые продолжают вращаться бесконечно. Сверхтекучесть происходит в двух изотопах из гелия ( гелий-3 и гелий-4 ) , когда они сжиженные охлаждения до криогенных температур. Это также свойство различных других экзотических состояний материи, которые теоретически существуют в астрофизике , физике высоких энергий и теориях квантовой гравитации.. [1] Теория сверхтекучести была разработана советскими физиками-теоретиками Львом Ландау и Исааком Халатниковым .

Сверхтекучесть часто совпадает с конденсацией Бозе – Эйнштейна , но ни одно явление не связано напрямую с другим; не все конденсаты Бозе-Эйнштейна можно рассматривать как сверхтекучие жидкости, и не все сверхтекучие жидкости являются конденсатами Бозе-Эйнштейна. [2]

Сверхтекучесть жидкого гелия [ править ]

Основная статья: Сверхтекучий гелий-4

Сверхтекучести был первоначально обнаружен в жидком гелии по П. Капица и Джона Ф. Аллена . С тех пор это было описано с помощью феноменологии и микроскопических теорий. В жидком гелии-4 сверхтекучесть возникает при гораздо более высоких температурах, чем в гелии-3 . Каждый атом гелия-4 является бозонной частицей в силу своего целого спина . Атом гелия-3 - частица фермиона ; он может образовывать бозоны, только спариваясь с самим собой при гораздо более низких температурах. Открытие сверхтекучести в гелии-3 послужило основанием для присуждения Нобелевской премии по физике 1996 года . [1]Этот процесс аналогичен спариванию электронов в сверхпроводимости .

Ультрахолодные атомарные газы [ править ]

Сверхтекучесть в ультрахолодном фермионном газе была экспериментально доказана Вольфгангом Кеттерле и его командой, которые наблюдали квантовые вихри в 6 Li при температуре 50 нК в Массачусетском технологическом институте в апреле 2005 г. [3] [4] Такие вихри ранее наблюдались в ультрахолодном бозоне. газ с использованием 87 Rb в 2000 г. [5] и в последнее время в двумерных газах . [6] Еще в 1999 году Лене Хау создал такой конденсат, используя атомы натрия [7] с целью замедления света, а затем и полного его прекращения. [8] Ее команда впоследствии использовала эту систему сжатого света [9], чтобы создать сверхтекучий аналог ударных волн и торнадо: [10]

Эти драматические возбуждения приводят к образованию солитонов, которые, в свою очередь, распадаются на квантованные вихри, созданные далеко от равновесия в парах с противоположной циркуляцией, что непосредственно раскрывает процесс разрушения сверхтекучих конденсатов в конденсатах Бозе-Эйнштейна. При установке двойного светового заграждения мы можем создавать контролируемые столкновения между ударными волнами, приводящие к совершенно неожиданным нелинейным возбуждениям. Мы наблюдали гибридные структуры, состоящие из вихревых колец, погруженных в темные солитонные оболочки. Вихревые кольца действуют как «фантомные пропеллеры», что приводит к очень богатой динамике возбуждения.

-  Лене Хау, Конференция SIAM по нелинейным волнам и когерентным структурам

Сверхтекучие жидкости в астрофизике [ править ]

Идею о существовании сверхтекучести внутри нейтронных звезд впервые высказал Аркадий Мигдал . [11] [12] По аналогии с электронами внутри сверхпроводников, образующими куперовские пары из-за взаимодействия электронов с решеткой, ожидается, что нуклоны в нейтронной звезде при достаточно высокой плотности и низкой температуре также могут образовывать куперовские пары из-за дальнодействующего притяжения ядерное взаимодействие и приводят к сверхтекучести и сверхпроводимости. [13]

В физике высоких энергий и квантовой гравитации [ править ]

Основная статья: Теория сверхтекучего вакуума

Теория сверхтекучего вакуума (SVT) - это подход в теоретической физике и квантовой механике, в котором физический вакуум рассматривается как сверхтекучий.

Конечная цель этого подхода - разработать научные модели, объединяющие квантовую механику (описывающую три из четырех известных фундаментальных взаимодействий) с гравитацией . Это делает SVT кандидатом в теорию квантовой гравитации и расширение Стандартной модели .

Есть надежда, что развитие такой теории объединит в единую непротиворечивую модель всех фундаментальных взаимодействий и будет описывать все известные взаимодействия и элементарные частицы как различные проявления одного и того же объекта - сверхтекучего вакуума.

На макроуровне большее подобное явление было предложено как происходит в murmurations из скворцов . Скорость изменения схемы полета имитирует фазовый переход, приводящий к сверхтекучести в некоторых жидких состояниях. [14]

См. Также [ править ]

  • Буджум (сверхтекучесть)
  • Физика конденсированного состояния
  • Макроскопические квантовые явления
  • Квантовая гидродинамика
  • Медленный свет
  • Сверхпроводимость
  • Сверхтвердый

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b "Нобелевская премия по физике 1996 - Расширенная информация" . www.nobelprize.org . Проверено 10 февраля 2017 .
  2. ^ Minkel, JR. «Странно, но факт: сверхтекучий гелий может взбираться по стенам» . Scientific American . Проверено 10 февраля 2017 .
  3. ^ «Физики Массачусетского технологического института создают новую форму материи» . Проверено 22 ноября 2010 года .
  4. Перейти ↑ Grimm, R. (2005). «Физика низких температур: квантовая революция». Природа . 435 (7045): 1035–1036. Bibcode : 2005Natur.435.1035G . DOI : 10.1038 / 4351035a . PMID 15973388 . S2CID 7262637 .  
  5. ^ Мэдисон, К .; Chevy, F .; Wohlleben, W .; Далибард, Дж. (2000). «Вихреобразование в перемешиваемом конденсате Бозе-Эйнштейна». Письма с физическим обзором . 84 (5): 806–809. arXiv : cond-mat / 9912015 . Bibcode : 2000PhRvL..84..806M . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.84.806 . PMID 11017378 . S2CID 9128694 .  
  6. Перейти ↑ Burnett, K. (2007). «Атомная физика: холодные газы идут во Флатландию». Физика природы . 3 (9): 589. Bibcode : 2007NatPh ... 3..589B . DOI : 10.1038 / nphys704 .
  7. ^ Hau, LV; Harris, SE; Dutton, Z .; Behroozi, CH (1999). «Снижение скорости света до 17 метров в секунду в ультрахолодном атомном газе» . Природа . 397 (6720): 594–598. Bibcode : 1999Natur.397..594V . DOI : 10.1038 / 17561 . S2CID 4423307 . 
  8. ^ "Лене Хау" . Physicscentral.com . Проверено 10 февраля 2013 .
  9. ^ Лене Vestergaard Хау (2003). «Ледяной свет» (PDF) . Scientific American : 44–51.
  10. Перейти ↑ Hau, Lene (9–12 сентября 2006 г.). «Шокирующий конденсат Бозе-Эйнштейна с медленным светом» . Общество промышленной и прикладной математики.
  11. ^ AB Migdal (1959). «Сверхтекучесть и моменты инерции ядер». Nucl. Phys . 13 (5): 655–674. Bibcode : 1959NucPh..13..655M . DOI : 10.1016 / 0029-5582 (59) 90264-0 .
  12. ^ А. Б. (1960). «Сверхтекучесть и моменты инерции ядер» . Советская физ. ЖЭТФ . 10 (5): 176. Bibcode : 1959NucPh..13..655M . DOI : 10.1016 / 0029-5582 (59) 90264-0 .
  13. ^ У. Ломбардо и Х.-Дж. Шульце (2001). «Сверхтекучесть вещества нейтронных звезд». Физика недр нейтронных звезд . Конспект лекций по физике. 578 . С. 30–53. arXiv : astro-ph / 0012209 . DOI : 10.1007 / 3-540-44578-1_2 . ISBN 978-3-540-42340-9. S2CID  586149 .
  14. ^ Attanasi, A .; Cavagna, A .; Del Castello, L .; Giardina, I .; Григера, ТС; Jelić, A .; Melillo, S .; Parisi, L .; Pohl, O .; Shen, E .; Виале, М. (2014). «Передача информации и инерция поведения у скворцов» . Физика природы . 10 (9): 615–698. arXiv : 1303,7097 . Bibcode : 2014NatPh..10..691A . DOI : 10.1038 / nphys3035 . PMC 4173114 . PMID 25264452 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Халатников, Исаак М. (2018). Введение в теорию сверхтекучести . CRC Press. ISBN 978-0-42-997144-0.
  • Аннетт, Джеймс Ф. (2005). Сверхпроводимость, сверхтекучие жидкости и конденсаты . Оксфорд: Oxford Univ. Нажмите. ISBN 978-0-19-850756-7.
  • Гено, Энтони М. (2003). Основные сверхтекучие жидкости . Лондон: Тейлор и Фрэнсис. ISBN 0-7484-0891-6. Гено, Тони (28 ноября 2002 г.). 2002 ПБК издание . ISBN 9780748408917.
  • Свистунов Б.В., Бабаев Е.С. , Прокофьев Н.В. Сверхтекучие состояния вещества.
  • Воловик, Г.Е. (2003). Вселенная в капле гелия . Int. Сер. Monogr. Phys. 117 . С. 1–507. ISBN 978-0-19-850782-6; издание hbkCS1 maint: postscript ( ссылка ) Воловик, Григорий Е. (6 марта 2003 г.). 2003 ПБК издание . ISBN 9780198507826.

Внешние ссылки [ править ]

  • Цитаты, связанные со сверхтекучестью на Викицитатнике
  • СМИ, связанные со сверхтекучестью, на Викискладе?