Co je to superfluid?

Superfluid je fáze hmoty schopná proudit nekonečně bez ztráty energie.Tuto vlastnost některých izotopů objevila Pyotr Leonidovich Kapitsa, John F. Allen a Don Misener v roce 1937. Bylo to dosaženo při velmi nízkých teplotách s nejméně dvěma izotopy helia, jedním izotopem rubidium a lithiem.

Pouze kapaliny a plyny mohou být superfluidy.Například bod zamrznutí helií je 1 K (Kelvin) a 25 atmosféry tlaku, nejnižší z jakéhokoli prvku, ale látka začíná vykazovat superfluidní vlastnosti přibližně 2 K. K fázovému přechodu dochází, až začnou všechny atomy složek vzorku začnouZabírat stejný kvantový stav.K tomu dochází, když jsou atomy umístěny velmi blízko sebe a ochlazují se natolik, že se jejich funkce kvantové vlny začnou překrývat a atomy ztrácejí svou individuální identitu a chovají se spíše jako jediný super-atom než aglomerace atomů.Na které materiály mohou vykazovat nadbytečnost a které nemohou být, že materiál musí být velmi chladný (menší než 4 K) a při této chladné teplotě zůstává tekutina.Materiály, které se stanou pevnými při nízkých teplotách, nemohou tuto fázi předpokládat.Když se ochladí na velmi nízké teploty, sada bosonů připravená na superfluidu, atomy se sudým počtem nukleonů, se tvoří do kondenzátu Bose-Einsteinu, superfluidní fáze hmoty.Když se fermiony, atomy s lichým počtem nukleonů, jako je izotop helia-3, ochladí na několik kelvinů, nestačí k tomu, aby tento přechod způsobil.

Protože pouze bosony se mohou snadno stát kondenzátem Bose-Einsteinu, Fermions se musí nejprve navzájem spárovat, aby se stal superfluidem.Tento proces je podobný párování elektronů Cooper, které se vyskytují v supravodičích.Když se dva atomy s lichým počtem nukleonů navzájem spárují, společně mají sudý počet nukleonů a začnou se chovat jako bosony a kondenzují společně do superfluidního stavu.Tomu se říká fermion kondenzát a objevuje se pouze na teplotě MK (Millikelvin), spíše než na několika Kelvins.Klíčový rozdíl mezi párováním atomů v párování superfluidu a elektronů v supravodiči je, že atomové párování je zprostředkováno fluktuací kvantového spinu spíše než výměnou fononu (vibrační energie).formy hmoty.Protože nemají žádnou vnitřní viskozitu, vír vytvořený v rámci jedné přetrvává navždy.Superfluid má nulovou termodynamickou entropii a nekonečnou tepelnou vodivost, což znamená, že mezi dvěma superfluidy nebo dvěma částmi stejných částí nemůže existovat žádný teplotní diferenciál.Mohou také vylézt nahoru a ven z kontejneru ve vrstvě o tloušťce jednoho atomu, pokud není kontejner utěsněn.Konvenční molekula zabudovaná do superfluidu se může pohybovat s plnou rotační svobodou a chovat se jako plyn.V budoucnu mohou být objeveny další zajímavé vlastnosti.

Většina tzv. Superfluidů není čistá, ale ve skutečnosti jsou směsí tekuté složky a superfluidní složky.Potenciální aplikace superfluidů nejsou tak vzrušující a rozsáhlé jako aplikace supravodičů, ale zředění chladniček a spektroskopie jsou dvě oblasti, kde našli použití.Snad nejzajímavější aplikace dnes je čistě vzdělávací a ukazuje, jak se mohou kvantové efekty v měřítku za určitých extrémních podmínek stát makroskopickými.