Какова Супержидкость?
Супержидкость - состояние вещества, способное к течению бесконечно без потери энергии. Это свойство определенных изотопов было обнаружено Петром Леонидовичем Капицой, Джоном Ф. Алленом, и Доном Мизенером в 1937. Это было достигнуто при очень низких температурах по крайней мере с двумя изотопами гелия, одним изотопом рубидия, и одним изотопом лития.
супержидкость может быть жидкость или газ, но не тело. Например, температура замерзания гелия составляет 1 K (Кельвина) и 25 атмосфер давления, самый низкий из любого элемента, но вещество начинает показывать супержидкие свойства приблизительно в 2 k. Переход супержидкой фазы происходит, когда все составные атомы образца начинают занимать то же самое квантовое состояние. Этот переход происходит, когда атомы помещены очень близко вместе и охлаждали так много, на которое их квантовые функции волны начинают накладываться, и атомы теряют свои удостоверения личности, ведя себя больше как единственный суператом чем агломерация атомов.
Ограничивающий фактор, на котором материалы могут показать сверхтекучесть и который не может, - то, что материал должен быть очень очень холодным (<4 K) и остаться жидким при этой холодной температуре. Материалы, которые становятся твердыми при низких температурах, не могут стать супержидкостями. Когда охлаждено к очень низким температурам, супержидко-готовый набор бозонов, атомов с четным числом нуклеонов, формируется в конденсат Bose-Эйнштейна, супержидкое состояние вещества. Когда fermions, атомы с нечетным числом нуклеонов, такие как гелий 3 изотопа, охлаждены некоторым Кельвин, это не достаточно, чтобы вызвать супержидкий переход.
поскольку только бозоны могут с готовностью стать конденсатом Bose-Эйнштейна, fermions, должен сначала разделить на пары друг с другом, чтобы стать супержидкостью. Этот процесс подобен соединению Купера электронов, которое происходит в сверхпроводниках. Когда два атома с нечетными числами нуклеонов разделяют на пары друг с другом, они все вместе обладают четным числом нуклеонов и начинают вести себя как бозоны, конденсируясь вместе в супержидкое состояние. Это называют конденсатом fermion, и появляется только в знаке (milliKelvin) температурный уровень, а не в нескольких Kelvins. Основное отличие между атомом, соединяющимся в супержидкости и электроном, соединяющимся в сверхпроводнике, - то, что атомное соединение установлено квантовыми колебаниями спина, а не фононом (вибрирующая энергия) обмен.
У супержидкостей есть некоторые внушительные и уникальные свойства, которые отличают их от других форм вещества. Поскольку у супержидкостей нет никакой внутренней вязкости, вихрь, который сформировали в пределах супержидкости, сохраняется навсегда. У супержидкости есть нулевая термодинамическая энтропия и бесконечная теплопроводность, означая, что никакая температурная разность не может существовать между двумя супержидкостями или двумя частями той же самой супержидкости. Супержидкость может также взобраться наверх и из емкости в одном атоме густой слой, если емкость не герметизирована. Обычная молекула, залитая в пределах супержидкости, может переместиться с полной вращательной свободой, ведя себя как газ. Другие интересные свойства могут быть обнаружены в будущем.
Большинство так называемых супержидкостей не чистые супержидкости, но фактически смесь жидкого изделия и супержидкого изделия. Возможное применение супержидкостей не является столь же захватывающим и всесторонним как таковые из сверхпроводников, но холодильные устройства разбавления и спектроскопия - две области, где супержидкости нашли использование. Возможно, самое интересное применение супержидкостей сегодня является просто образовательным, показывая, как квантовые эффекты могут стать макроскопическими по своим масштабам под определенными чрезвычайными условиями.