Överflödighet - Superfluidity

Helium II kommer att "krypa" längs ytor för att hitta sin egen nivå - efter en kort stund kommer nivåerna i de två behållarna att utjämnas. Den Rollin filmen täcker också det inre av den större behållaren; om det inte var förseglat skulle helium II smyga ut och fly.

Det flytande heliumet är i superfluidfasen. En tunn osynlig film kryper upp på skålens innervägg och ner på utsidan. En droppe bildas. Det kommer att falla ner i det flytande heliumet nedanför. Detta upprepas tills koppen är tom - förutsatt att vätskan förblir överflödig.

Superfluiditet är den karakteristiska egenskapen för en vätska med nollviskositet som därför flyter utan förlust av rörelseenergi . Vid omrörning bildar en supervätska virvlar som fortsätter att rotera på obestämd tid. Superfluiditet uppträder i två isotoper av helium ( helium-3 och helium-4 ) när de flytas genom kylning till kryogena temperaturer. Det är också en egenskap hos olika andra exotiska materiella tillstånd som teoretiseras för att existera inom astrofysik , högenergifysik och teorier om kvantgravitation . Teorin om överflödighet utvecklades av sovjetiska teoretiska fysiker Lev Landau och Isaak Khalatnikov .

Superfluiditet är ofta tillfälligt med Bose -Einstein -kondens , men inget av fenomenen är direkt relaterat till det andra; inte alla Bose -Einstein -kondensat kan betraktas som superfluider, och inte alla superfluids är Bose -Einstein -kondensat.

Överflödighet av flytande helium

Superfluiditet upptäcktes i helium-4 av Pyotr Kapitsa och oberoende av John F. Allen och Don Misener . Det har sedan dess beskrivits genom fenomenologi och mikroskopiska teorier. I flytande helium-4 sker superfluiditeten vid mycket högre temperaturer än den gör i helium-3 . Varje atom av helium-4 är en bosonpartikel , i kraft av dess heltalsspinn . En helium-3-atom är en fermionpartikel ; den kan bilda bosoner endast genom att para ihop med en annan partikel som den själv vid mycket lägre temperaturer. Upptäckten av överflödighet i helium-3 var grunden för tilldelningen av 1996 års Nobelpris i fysik . Denna process liknar elektronparningen i supraledning .

Ultrakylda atomgaser

Superfluiditet i en ultrakold fermionisk gas bevisades experimentellt av Wolfgang Ketterle och hans team som observerade kvantvirvlar i litium-6 vid en temperatur på 50 nK vid MIT i april 2005. Sådana virvlar hade tidigare observerats i en ultrakyld bosonisk gas med rubidium-87 år 2000, och mer nyligen i tvådimensionella gaser . Redan 1999 skapade Lene Hau ett sådant kondensat med natriumatomer i syfte att sakta ner ljuset och senare stoppa det helt. Hennes team använde därefter detta system av komprimerat ljus för att generera den överflödiga analogen av chockvågor och tornado:

Dessa dramatiska excitationer resulterar i bildandet av solitoner som i sin tur förfaller till kvantiserade virvlar - skapade långt utanför jämvikt, i par med motsatt cirkulation - som direkt avslöjar processen med överflödig nedbrytning i Bose -Einstein -kondensat. Med en dubbel vägspärrinställning kan vi generera kontrollerade kollisioner mellan chockvågor vilket resulterar i helt oväntade, olinjära excitationer. Vi har observerat hybridstrukturer bestående av virvelringar inbäddade i mörka solitoniska skal. Virvelringarna fungerar som "fantompropellrar" vilket leder till mycket rik excitationsdynamik.

- Lene Hau, SIAM Conference on Nonlinear Waves and Coherent Structures

Superfluider inom astrofysik

Tanken att överflödighet finns i neutronstjärnor föreslogs först av Arkady Migdal . I analogi med elektroner inuti superledare som bildar Cooper-par på grund av elektron-gitterinteraktion förväntas det att nukleoner i en neutronstjärna vid tillräckligt hög densitet och låg temperatur också kan bilda Cooper-par på grund av den långsiktiga attraktiva kärnkraften och leda till överflödighet och supraledning.

I högenergifysik och kvantgravitation

Superfluid vacuum theory (SVT) är ett tillvägagångssätt inom teoretisk fysik och kvantmekanik där det fysiska vakuumet betraktas som superfluid.

Det slutgiltiga målet med tillvägagångssättet är att utveckla vetenskapliga modeller som förenar kvantmekanik (som beskriver tre av de fyra kända grundläggande interaktionerna) med gravitationen . Detta gör SVT till en kandidat för teorin om kvantgravitation och en förlängning av standardmodellen .

Man hoppas att utvecklingen av en sådan teori skulle förenas till en enda konsekvent modell av alla grundläggande interaktioner, och att beskriva alla kända interaktioner och elementära partiklar som olika manifestationer av samma enhet, överflödigt vakuum.

På makroskalan har ett större liknande fenomen föreslagits som händer i murrandet av starar . Hastigheten i förändringen i flygmönster efterliknar fasförändringen som leder till överflödighet i vissa flytande tillstånd.

Se även

Referenser

Vidare läsning

Khalatnikov, Isaac M. (2018). En introduktion till teorin om överflödighet . CRC Press. ISBN 978-0-42-997144-0.
Annett, James F. (2005). Superledning, superfluider och kondensat . Oxford: Oxford Univ. Tryck. ISBN 978-0-19-850756-7.
Guénault, Antony M. (2003). Grundläggande supervätskor . London: Taylor & Francis. ISBN 0-7484-0891-6. Guenault, Tony (28 november 2002). 2002 pbk edition . ISBN 9780748408917.
Svistunov, BV, Babaev ES , Prokof'ev NV Superfluid States of Matter
Volovik, GE (2003). Universum i en heliumdroppe . Int. Ser. Monogr. Phys. 117 . s. 1–507. ISBN 978-0-19-850782-6; hbk -utgåvaCS1 maint: postscript ( länk ) Volovik, Grigory E. (6 mars 2003). 2003 pbk edition . ISBN 9780198507826.

externa länkar

Citat relaterade till överflödighet på Wikiquote
Media relaterade till överflödighet på Wikimedia Commons
Video: Demonstration av överflödigt helium (Alfred Leitner, 1963, 38 min.)
Superfluiditet sett i en 2d fermigas nyligen observerad 2021 -observation relevant för Cuprate -superledare

Languages

In other projects