Сверхтекучесть - Superfluidity

Гелий II будет «ползать» по поверхностям, чтобы найти свой уровень - через короткое время уровни в двух контейнерах сравняются. В Роллин фильм также покрывает внутреннюю часть большего контейнера; если бы он не был запечатан, гелий II выползет и улетит.
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.
Не путать с сверхкритическая жидкость.

Сверхтекучесть является характеристическим свойством жидкость с нуля вязкость который, следовательно, течет без потери кинетическая энергия. При перемешивании образуется сверхтекучая жидкость. вихри которые продолжают вращаться бесконечно. Сверхтекучесть возникает в двух изотопы из гелий (гелий-3 и гелий-4 ), когда они сжижаются путем охлаждения до криогенный температуры. Это также свойство различных других экзотических состояния вещества теоретически существует в астрофизика, физика высоких энергий, и теории квантовая гравитация.[1] Теория сверхтекучести была разработана советским физиком. Лев Ландау.

Сверхтекучесть часто бывает Конденсация 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

Основная статья: Сверхтекучий гелий-4

Первоначально сверхтекучесть была открыта в жидкий гелий к Петр Капица и Джон Ф. Аллен. С тех пор это было описано с помощью феноменологии и микроскопических теорий. В жидкости гелий-4 сверхтекучесть возникает при гораздо более высоких температурах, чем в гелий-3. Каждый атом гелия-4 представляет собой бозон частица, в силу своего целочисленное вращение. Атом гелия-3 - это фермион частица; он может образовывать бозоны, только спариваясь с самим собой при гораздо более низких температурах. Открытие сверхтекучести в гелии-3 явилось основанием для награды 1996 г. Нобелевская премия по физике.[1] Этот процесс аналогичен электронное спаривание в сверхпроводимость.

Ультрахолодные атомарные газы

Сверхтекучесть в ультрахолодном фермионном газе экспериментально доказана Вольфганг Кеттерле и его команда, которая наблюдала квантовые вихри в 6Ли при температуре 50 нК при Массачусетский технологический институт в апреле 2005 г.[3][4] Такие вихри ранее наблюдались в ультрахолодном бозонном газе с использованием 87Руб. в 2000 г.,[5] и совсем недавно в двумерные газы.[6] Еще в 1999 г. Лене Хау создал такой конденсат, используя атомы натрия[7] с целью замедления света, а затем и его полной остановки.[8] Ее команда впоследствии использовала эту систему сжатого света.[9] для генерации сверхтекучего аналога ударных волн и смерчей:[10]

Эти драматические возбуждения приводят к образованию солитоны что в свою очередь распадается на квантованные вихри - созданные далеко от равновесия в парах с противоположной циркуляцией, что непосредственно раскрывает процесс разрушения сверхтекучей среды 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, заключенных 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

Идея о том, что внутри существует сверхтекучесть нейтронные звезды был впервые предложен Аркадий Мигдал.[11][12] По аналогии с электронами внутри сверхпроводники формирование Куперовские пары из-за взаимодействия электронов с решеткой ожидается, что нуклоны в нейтронной звезде при достаточно высокой плотности и низкой температуре могут также образовывать куперовские пары из-за дальнодействующей ядерной силы притяжения и приводить к сверхтекучести и сверхпроводимости.[13]

В физике высоких энергий и квантовой гравитации

Основная статья: Теория сверхтекучего вакуума

Теория сверхтекучего вакуума (SVT) - подход в теоретическая физика и квантовая механика где физический вакуум рассматривается как сверхтекучая.

Конечная цель подхода - разработать научные модели, объединяющие квантовую механику (описывающих три из четырех известных фундаментальных взаимодействий) с сила тяжести. Это делает SVT кандидатом на теорию квантовая гравитация и расширение Стандартная модель.

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

В макроуровне предполагалось, что более крупное подобное явление происходит в бормотание из скворцы. Скорость изменения схемы полета имитирует фазовый переход, приводящий к сверхтекучести в некоторых жидких состояниях.[14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б "Нобелевская премия по физике 1996 г. - Дополнительная информация". www.nobelprize.org. Получено 2017-02-10.
  2. ^ Минкель-младший. «Странно, но факт: сверхтекучий гелий может взбираться по стенам». Scientific American. Получено 2017-02-10.
  3. ^ «Физики Массачусетского технологического института создают новую форму материи». Получено 22 ноября, 2010.
  4. ^ Гримм, Р. (2005). «Физика низких температур: квантовая революция». Природа. 435 (7045): 1035–1036. Bibcode:2005 Натур.435.1035G. Дои:10.1038 / 4351035a. PMID  15973388. S2CID  7262637.
  5. ^ Madison, K .; Chevy, F .; Wohlleben, W .; Далибард, Дж. (2000). «Вихреобразование в перемешиваемом конденсате Бозе-Эйнштейна». Письма с физическими проверками. 84 (5): 806–809. arXiv:cond-mat / 9912015. Bibcode:2000ПхРвЛ..84..806М. Дои:10.1103 / PhysRevLett.84.806. PMID  11017378. S2CID  9128694.
  6. ^ Бернетт, К. (2007). «Атомная физика: холодные газы приходят во Флатландию». Природа Физика. 3 (9): 589. Bibcode:2007НатФ ... 3..589Б. Дои:10.1038 / nphys704.
  7. ^ Hau, L. V .; Harris, S.E .; Dutton, Z .; Бехрузи, К. Х. (1999). «Снижение скорости света до 17 метров в секунду в ультрахолодном атомном газе». Природа. 397 (6720): 594–598. Bibcode:1999Натура.397..594В. Дои:10.1038/17561. S2CID  4423307.
  8. ^ "Лене Хау". Physicscentral.com. Получено 2013-02-10.
  9. ^ Лене Вестергаард Хау (2003). «Замороженный свет» (PDF). Scientific American: 44–51.
  10. ^ Хау, Лене (9–12 сентября 2006 г.). «Шокирующий конденсат Бозе-Эйнштейна с медленным светом». Общество промышленной и прикладной математики.
  11. ^ А. Б. Мигдал (1959). «Сверхтекучесть и моменты инерции ядер». Nucl. Phys. 13 (5): 655–674. Bibcode:1959NucPh..13..655M. Дои:10.1016/0029-5582(59)90264-0.
  12. ^ А. Б. Мигдал (1960). «Сверхтекучесть и моменты инерции ядер».. Советская физ. ЖЭТФ. 10 (5): 176. Bibcode:1959NucPh..13..655M. Дои: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. Дои: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 .; Grigera, T. S .; Jelić, A .; Melillo, S .; Parisi, L .; Pohl, O .; Shen, E .; Виале, М. (2014). «Передача информации и инерция поведения у скворцов». Природа Физика. 10 (9): 615–698. arXiv:1303.7097. Bibcode:2014НатФ..10..691А. Дои:10.1038 / nphys3035. ЧВК  4173114. PMID  25264452.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка