Суперфлуидност

некласична агрегатна состојба

  Суперфлуидноста е карактеристично својство на флуид со нула вискозитет, кој тече без никакво губење на кинетичката енергија . Кога се промешува, суперфлуидот формира вртлози кои продолжуваат да ротираат на неодредено време. Суперфлуидност се јавува во два изотопа на хелиум ( хелиум-3 и хелиум-4 ) кога тие се течни со ладење до криогени температури. Исто така е својство на разни други егзотични состојби на материјата,теоретизирани дека постојат во астрофизиката, физиката на висока енергија и теориите на квантната гравитација . [1] Теоријата за суперфлуидност е развиена од советските теоретски физичари Лев Ландау и Исаак Халатников .

Хелиум II ќе „лази“ по површините за да го најде своето ниво - по кратко време, нивоата во двата контејнери ќе се изедначат. Филмот Ролин ја опфаќа и внатрешноста на поголемиот контејнер; ако не беше запечатен, хелиумот II ќе излезеше и ќе избегаше.
Течниот хелиум е во фаза на суперфлуид. Тенок невидлив филм се привлекува нагоре од внатрешниот ѕид на садот и надолу однадвор. Се формира капка. Ќе падне во течниот хелиум подолу. Ова ќе се повторува додека не се испразни чашата - под услов течноста да остане суперфлуид.

Суперфлуидноста е често случајна со кондензацијата Бозе-Ајнштајн, но ниту еден феномен не е директно поврзан со другиот; не сите Бозе-Ајнштајн кондензати може да се сметаат како суперфлуиди и не сите суперфлуиди се Бозе-Ајнштајн кондензати. [2]

Суперфлуидност на течен хелиумУреди

Суперфлуидноста првично беше откриена во течен хелиум од Пјотр Капица и Johnон Ф. Ален . Оттогаш е опишана преку феноменологијата и микроскопските теории. Во течен хелиум-4, суперфлуидноста се јавува на далеку повисоки температури отколку во хелиум-3 . Секој атом на хелиум-4 е бозонска честичка, благодарение на неговиот цел спин . Атом на хелиум-3 е честичка фермион; може да формира бозони само со спарување со себе на многу пониски температури. Откривањето на суперфлуидностa во хелиум-3 беше основа за доделување на Нобеловата награда за физика во 1996 година. [1] Овој процес е сличен на спарувањето на електрони во суперспроводливоста .

Ултра ладни атомски гасовиУреди

Суперфлуидноста во ултра ладен фермински гас експериментално беше докажана од Волфганг Кетерле и неговиот тим кои набљудуваа квантни вртлози во 6 Li (Литиум 6) на температура од 50 nK на МИТ во април 2005 година. [3] [4] Таквите вртлози беа претходно забележани во ултра ладен бозонски гас со употреба на 87 Rb (Рубидиум 87) во 2000 година, [5] и неодамна во дво-димензионални гасови . [6] Уште во 1999 година, Лене Хау создаде таков кондензат користејќи атоми на натриум [7] заради забавување на светлината, а подоцна и целосно запирање на истиота. [8] Нејзиниот тим последователно го искористи овој систем на компресирана светлина [9] да генерира суперфлуиден аналоген на ударни бранови и торнада: [10]

======

Овие драматични возбудувања резултираат во формација на солитони кои за возврат се распаѓаат во квантизирани вртлози—создадени од рамнотежа, во парови на спротивно кружење — откривајќи го директно процесот на распаѓање на суперфлуидот во Бозе-Ајнштановите кондензати. Со поставување на двоен блок на патот на светлината, ние можеме да генерираме контролирани судири помеѓу ударните бранови резултирајќи во комплетно неочекувани, не линеарни возбудувања. Ние набљудувавме хибридни структури кои содржат прстени од вртлог вградени во темни солитонски обвивки. Прстените од вртлог се однесуваат како 'фантомски пропелери' доведувајќи до многу богата возбудувачка динамика.

— Лене Хау, СИАМ Конференција на Нелинеарни Бранови и Кохерентни Структури

======

Суперфлуиди во астрофизикатаУреди

Идејата дека суперфлуидноста постои во неутронските sвезди за прв пат ја предложи Аркадиј Мигдал . [11] [12] По аналогија со електроните во суперпроводниците кои формираат Куперови парови поради интеракцијата меѓу електрони и решетки, се очекува нуклеоните во неутронска sвезда на доволно висока густина и ниска температура, исто така, да формираат Куперови парови заради широко распростанетата привлечна нуклеарна сила и да доведат до суперфлуидност и суперспроводливост. [13]

Во физиката со висока енергија и квантната гравитацијаУреди

Теоријата на суперфлуиден вакуум (ТСВ) е пристап во теоретската физика и квантната механика каде што физичкиот вакуум се гледа како суперфлуид.

Крајната цел на пристапот е да се развијат научни модели кои ја обединуваат квантната механика (опишувајќи три од четирите познати фундаментални интеракции) со гравитацијата . Ова го прави ТСВ кандидат за теоријата на квантната гравитација и продолжување на Стандардниот модел .

Се верува дека развојот на таквата теорија ќе се обедини во единствен постојан модел на сите основни интеракции и ќе ги опише сите познати интеракции и основните честички како различни манифестации на истиот ентитет, суперфлуиден вакуум.

На макро-ниво поголем сличен феномен е случувањето како со синхронизираното летање и шумење во јато на сколовранците (птици). Брзината на промената во шемите на летање ја имитира фазната промена што доведува до суперфлуидност во некои течни состојби. [14]

Исто така видиУреди

Користена литератураУреди

  1. 1,0 1,1 „The Nobel Prize in Physics 1996 - Advanced Information“. www.nobelprize.org. Посетено на 2017-02-10. Грешка во наводот: Неважечка ознака <ref>; називот „:0“ е зададен повеќепати со различна содржина.
  2. Minkel, JR. „Strange but True: Superfluid Helium Can Climb Walls“. Scientific American (англиски). Посетено на 2017-02-10.
  3. „MIT physicists create new form of matter“. Посетено на November 22, 2010.
  4. Grimm, R. (2005). „Low-temperature physics: A quantum revolution“. Nature. 435 (7045): 1035–1036. Bibcode:2005Natur.435.1035G. doi:10.1038/4351035a. PMID 15973388.
  5. Madison, K.; Chevy, F.; Wohlleben, W.; Dalibard, J. (2000). „Vortex Formation in a Stirred Bose-Einstein Condensate“. Physical Review Letters. 84 (5): 806–809. arXiv:cond-mat/9912015. Bibcode:2000PhRvL..84..806M. doi:10.1103/PhysRevLett.84.806. PMID 11017378.
  6. Burnett, K. (2007). „Atomic physics: Cold gases venture into Flatland“. Nature Physics. 3 (9): 589. Bibcode:2007NatPh...3..589B. doi:10.1038/nphys704.
  7. Hau, L. V.; Harris, S. E.; Dutton, Z.; Behroozi, C. H. (1999). „Light speed reduction to 17 metres per second in an ultracold atomic gas“. Nature. 397 (6720): 594–598. Bibcode:1999Natur.397..594V. doi:10.1038/17561.
  8. „Lene Hau“. Physicscentral.com. Посетено на 2013-02-10.
  9. Lene Vestergaard Hau (2003). „Frozen Light“ (PDF). Scientific American: 44–51.
  10. Hau, Lene (September 9–12, 2006). „Shocking Bose-Einstein Condensates with Slow Light“. Society for Industrial and Applied Mathematics.
  11. A. B. Migdal (1959). „Superfluidity and the moments of inertia of nuclei“. Nucl. Phys. 13 (5): 655–674. Bibcode:1959NucPh..13..655M. doi:10.1016/0029-5582(59)90264-0.
  12. A. B. Migdal (1960). „Superfluidity and the Moments of Inertia of Nuclei“. Soviet Phys. JETP (англиски). 10 (5): 176. Bibcode:1959NucPh..13..655M. doi:10.1016/0029-5582(59)90264-0. Архивирано од изворникот на 2020-02-28. Посетено на 2021-03-07.
  13. U. Lombardo; H.-J. Schulze (2001). „Superfluidity in Neutron Star Matter“. Physics of Neutron Star Interiors. Lecture Notes in Physics. 578. стр. 30–53. arXiv:astro-ph/0012209. doi:10.1007/3-540-44578-1_2. ISBN 978-3-540-42340-9.
  14. Attanasi, A.; Cavagna, A.; Del Castello, L.; Giardina, I.; Grigera, T. S.; Jelić, A.; Melillo, S.; Parisi, L.; Pohl, O. (2014). „Information transfer and behavioural inertia in starling flocks“. Nature Physics. 10 (9): 615–698. arXiv:1303.7097. Bibcode:2014NatPh..10..691A. doi:10.1038/nphys3035. PMC 4173114. PMID 25264452.

Понатамошно читањеУреди

Надворешни врскиУреди