Nadciekłość - Superfluidity
Fizyka materii skondensowanej |
---|
Fazy · Przejście fazowe · QCP |
Nadciekłość jest charakterystyczną właściwością płynu o zerowej lepkości, który w związku z tym płynie bez utraty energii kinetycznej . Podczas mieszania nadciek tworzy wiry, które wirują w nieskończoność. Nadciekłość występuje w obu izotopów z helu ( helowo-3 i helowo-4 ), gdy są one skroplonych ochłodzono do kriogenicznej temperatury. Jest to również właściwość różnych innych egzotycznych stanów materii, o których teoretycznie istnieją w astrofizyce , fizyce wysokich energii i teoriach grawitacji kwantowej . Teoria nadciekłości została opracowana przez sowieckich fizyków teoretycznych Lwa Landaua i Izaaka Chalatnikowa .
Nadciekłość często jest zbieżna z kondensacją Bosego-Einsteina , ale żadne z nich nie jest bezpośrednio związane z drugim; nie wszystkie kondensaty Bosego–Einsteina można uznać za nadcieki i nie wszystkie nadcieki są kondensatami Bosego–Einsteina.
Nadciekłość ciekłego helu
Nadciekłość została odkryta w helu-4 przez Piotra Kapitsę oraz niezależnie przez Johna F. Allena i Dona Misenera . Od tego czasu został opisany przez fenomenologię i teorie mikroskopowe. W ciekłym helu-4 nadciekłość występuje w znacznie wyższych temperaturach niż w helu-3 . Każdy atom helu-4 jest cząsteczką bozonu ze względu na swój całkowity spin . Atom helu-3 to cząsteczka fermionu ; może tworzyć bozony tylko przez łączenie się z inną cząstką podobną do siebie w znacznie niższych temperaturach. Odkrycie nadciekłości w helu-3 było podstawą przyznania w 1996 r. Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki . Proces ten jest podobny do parowania elektronów w nadprzewodnictwie .
Ultrazimne gazy atomowe
Nadciekłość w ultrazimnym gazie fermionowym została eksperymentalnie udowodniona przez Wolfganga Ketterle i jego zespół, którzy zaobserwowali wiry kwantowe w litie-6 w temperaturze 50 nK w MIT w kwietniu 2005 roku. Takie wiry zaobserwowano wcześniej w ultrazimnym gazie bozonowym przy użyciu rubidu-87 w 2000 r., a ostatnio w gazach dwuwymiarowych . Już w 1999 roku Lene Hau stworzyła taki kondensat przy użyciu atomów sodu w celu spowolnienia światła, a później całkowitego jego zatrzymania. Jej zespół następnie wykorzystał ten system skompresowanego światła do wygenerowania nadciekłego odpowiednika fal uderzeniowych i tornad:
Te dramatyczne wzbudzenia powodują powstawanie solitonów, które z kolei rozpadają się na skwantowane wiry — powstałe daleko poza stanem równowagi, w parach o przeciwnej cyrkulacji — ujawniając bezpośrednio proces rozpadu nadciekłego w kondensatach Bosego-Einsteina. Dzięki konfiguracji z podwójną blokadą świetlną możemy generować kontrolowane kolizje między falami uderzeniowymi, co skutkuje zupełnie nieoczekiwanymi, nieliniowymi wzbudzeniami. Zaobserwowaliśmy struktury hybrydowe składające się z pierścieni wirowych osadzonych w ciemnych powłokach solitonicznych. Pierścienie wirowe działają jak „śmigła fantomowe”, co prowadzi do bardzo bogatej dynamiki wzbudzenia.
— Lene Hau, Konferencja SIAM na temat fal nieliniowych i struktur koherentnych
Nadcieki w astrofizyce
Pomysł, że w gwiazdach neutronowych istnieje nadciekłość, po raz pierwszy zaproponował Arkady Migdal . Przez analogię do elektronów w nadprzewodnikach tworzących pary Coopera z powodu oddziaływania elektron-sieć, oczekuje się, że nukleony w gwieździe neutronowej o wystarczająco dużej gęstości i niskiej temperaturze mogą również tworzyć pary Coopera ze względu na przyciąganie dalekiego zasięgu jądrowego i prowadzić do nadciekłości i nadprzewodnictwo.
W fizyce wysokich energii i grawitacji kwantowej
Teoria nadciekłej próżni (SVT) to podejście w fizyce teoretycznej i mechanice kwantowej, w którym próżnia fizyczna jest postrzegana jako nadciekła.
Ostatecznym celem tego podejścia jest opracowanie modeli naukowych, które ujednolicą mechanikę kwantową (opisującą trzy z czterech znanych oddziaływań fundamentalnych) z grawitacją . To czyni SVT kandydatem do teorii grawitacji kwantowej i rozszerzeniem Modelu Standardowego .
Oczekuje się, że rozwój takiej teorii zjednoczy się w jeden spójny model wszystkich oddziaływań fundamentalnych i opisanie wszystkich znanych oddziaływań i cząstek elementarnych jako różnych przejawów tego samego bytu, nadciekłej próżni.
W skali makro większy podobne zjawisko zostało zasugerowane jak dzieje się w murmurations od szpaków . Szybkość zmiany wzorców lotu naśladuje zmianę fazy prowadzącą do nadciekłości w niektórych stanach ciekłych.
Zobacz też
- Boojum (nadpłynność)
- Fizyka materii skondensowanej
- Makroskopowe zjawiska kwantowe
- Hydrodynamika kwantowa
- Powolne światło
- Nadprzewodnictwo
- Superstały
Bibliografia
Dalsza lektura
- Chalatnikow, Izaak M. (2018). Wprowadzenie do teorii nadciekłości . CRC Prasa. Numer ISBN 978-0-42-997144-0.
- Annett, James F. (2005). Nadprzewodnictwo, nadcieki i kondensaty . Oksford: Uniwersytet Oksfordzki. Naciskać. Numer ISBN 978-0-19-850756-7.
- Guénault, Antony M. (2003). Podstawowe nadciecze . Londyn: Taylor i Francis. Numer ISBN 0-7484-0891-6. Guenault, Tony (28 listopada 2002). 2002 wydanie PBK . Numer ISBN 9780748408917.
- Svistunov, BV, Babaev ES , Prokof'ev NV Nadciekłe stany materii
- Volovik, GE (2003). Wszechświat w kropli helu . wewn. Ser. Mongr. Fiz. 117 . s. 1–507. Numer ISBN 978-0-19-850782-6; edycja hbkCS1 maint: postscript ( link ) Volovik, Grigory E. (6 marca 2003). Wydanie pbk z 2003 roku . Numer ISBN 9780198507826.
Zewnętrzne linki
- Cytaty związane z Nadciekłością w Wikiquote
- Multimedia związane z nadciekłością w Wikimedia Commons
- Wideo: Demonstracja nadciekłego helu (Alfred Leitner, 1963, 38 min.)
- Nadciekłość zaobserwowana w gazie fermi 2d z ostatnich obserwacji z 2021 r., odnosząca się do nadprzewodników miedzianowych