Τι είναι ένα superfluid;

Ένα superfluid είναι μια φάση της ύλης ικανή να ρέει ατέλειωτα χωρίς απώλεια ενέργειας.Αυτή η ιδιότητα ορισμένων ισότοπων ανακαλύφθηκε από τον Pyotr Leonidovich Kapitsa, τον John F. Allen και τον Don Misener το 1937. Έχει επιτευχθεί σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες με τουλάχιστον δύο ισότοπα ηλίου, ένα ισότοπο ρουμπιδίου και ένα ισότοπο λιθίου.

Μόνο τα υγρά και τα αέρια μπορούν να είναι υπερφυσικά.Για παράδειγμα, το σημείο κατάψυξης του ήλιου είναι 1 K (Kelvin) και 25 ατμόσφαιρες πίεσης, το χαμηλότερο από οποιοδήποτε στοιχείο, αλλά η ουσία αρχίζει να παρουσιάζει ιδιότητες υπερφυσικών σε περίπου 2 Κ.καταλαμβάνουν την ίδια κβαντική κατάσταση.Αυτό συμβαίνει όταν τα άτομα τοποθετούνται πολύ κοντά και ψύχονται τόσο πολύ ώστε οι λειτουργίες των κβαντικών κυμάτων τους αρχίζουν να επικαλύπτονται και τα άτομα χάνουν τις ατομικές τους ταυτότητες, συμπεριφέροντας περισσότερο σαν ένα σούπερ ατόμου από μια συσσωμάτωση ατόμων.Σε ποια υλικά μπορούν να παρουσιάσουν υπερβολική ικανότητα και τα οποία δεν μπορούν να είναι ότι το υλικό πρέπει να είναι πολύ πολύ κρύο (λιγότερο από 4 K) και να παραμείνει ρευστό σε αυτή τη θερμοκρασία.Τα υλικά που γίνονται στερεά σε χαμηλές θερμοκρασίες δεν μπορούν να αναλάβουν αυτή τη φάση.Όταν ψύχονται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, ένα σύνολο βοσονών που είναι έτοιμο για υπερφυσίδα, άτομα με ομοιόμορφο αριθμό πυρήνων, σχηματίζεται σε ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein, μια υπερφυσική φάση της ύλης.Όταν τα φερμιόνια, άτομα με περίεργο αριθμό πυρήνων όπως το ισότοπο ηλίου-3, ψύχονται σε λίγα Kelvin, αυτό δεν αρκεί για να προκαλέσει αυτή τη μετάβαση.

Επειδή μόνο τα μποσόνια μπορούν εύκολα να γίνουν συμπυκνωμάδες Bose-Einstein, οι Fermions πρέπει πρώτα να συνδυάσουν μεταξύ τους για να γίνουν υπερφυσικοί.Αυτή η διαδικασία είναι παρόμοια με το ζευγάρωμα των ηλεκτρονίων που εμφανίζεται σε υπεραγωγούς.Όταν δύο άτομα με περίεργο αριθμό νουκλεονίων ζευγαρώνουν μεταξύ τους, διαθέτουν συλλογικά έναν ομοιόμορφο αριθμό νουκλεονίων και αρχίζουν να συμπεριφέρονται σαν βοσόνους, συμπυκνώντας μαζί σε μια υπερ -πλούσια κατάσταση.Αυτό ονομάζεται συμπύκνωμα Fermion και αναδύεται μόνο στο επίπεδο θερμοκρασίας MK (Millikelvin) και όχι σε λίγα Kelvins.Η βασική διαφορά μεταξύ του συνδυασμού ατόμων σε ένα ζεύγος υπερφυσικών και ηλεκτρονίων σε ένα υπεραγωγό είναι ότι το ατομικό ζευγάρωμα προκαλείται από τις κβαντικές διακυμάνσεις περιστροφής και όχι από την ανταλλαγή φωνητικών (δονητική ενέργεια).μορφές ύλης.Επειδή δεν έχουν εσωτερικό ιξώδες, μια στροβίλου που σχηματίζεται μέσα σε μία επιμένει για πάντα.Ένα υπερφυσικό έχει μηδενική θερμοδυναμική εντροπία και άπειρη θερμική αγωγιμότητα, που σημαίνει ότι δεν μπορεί να υπάρχει διαφορική θερμοκρασία μεταξύ δύο υπερφυσικών ή δύο τμημάτων του ίδιου.Μπορούν επίσης να ανεβαίνουν και να βγαίνουν από ένα δοχείο σε ένα στρώμα πάχους ενός ατόμου, εάν το δοχείο δεν είναι σφραγισμένο.Ένα συμβατικό μόριο ενσωματωμένο μέσα σε ένα υπερφυσικό μπορεί να κινηθεί με πλήρη ελευθερία περιστροφής, συμπεριφέροντας σαν αέριο.Άλλες ενδιαφέρουσες ιδιότητες μπορούν να ανακαλυφθούν στο μέλλον.

Οι πιο αποκαλούμενες υπερφυσίες δεν είναι καθαρά, αλλά είναι στην πραγματικότητα ένα μείγμα ενός συστατικού ρευστού και ενός συστατικού υπερφυσικού.Οι πιθανές εφαρμογές των υπερφυσών δεν είναι τόσο συναρπαστικές και ευρείες όσο αυτές των υπεραγωγών, αλλά τα ψυγεία αραίωσης και η φασματοσκοπία είναι δύο περιοχές όπου έχουν βρει χρήση.Ίσως η πιο ενδιαφέρουσα εφαρμογή σήμερα είναι καθαρά εκπαιδευτική, δείχνοντας πώς τα κβαντικά αποτελέσματα μπορούν να γίνουν μακροσκοπικά σε κλίμακα υπό ορισμένες ακραίες συνθήκες.