Hva er en overflødig?

En overflødighet er en fase av materie som er i stand til å flyte uendelig uten energitap.Denne egenskapen til visse isotoper ble oppdaget av Pyotr Leonidovich Kapitsa, John F. Allen og Don Misener i 1937. Den er oppnådd ved veldig lave temperaturer med minst to isotoper av helium, en isotop av rubidium og en isotop av litium.

Bare væsker og gasser kan være overflødige.For eksempel er heliusfrysningspunkt 1 K (Kelvin) og 25 atmosfærer med trykk, det laveste av ethvert element, men stoffet begynner å utvise overflødige egenskaper ved omtrent 2 K. Faseovergangen oppstår når alle bestanddel atomer i en prøve begynner åokkupere den samme kvantetilstanden.Dette skjer når atomene er plassert veldig nær hverandre og avkjøles så mye at kvantebølgfunksjonene deres begynner å overlappe hverandre og atomene mister sine individuelle identiteter, og oppfører seg mer som en enkelt superatom enn en agglomerasjon av atomer.som materialer kan utvise overflødighet og som ikke kan er at materialet må være veldig veldig kaldt (mindre enn 4 k) og forbli væske ved denne kalde temperaturen.Materialer som blir faste ved lave temperaturer kan ikke anta denne fasen.Når det er avkjølt til veldig lave temperaturer, dannes et overflødig klar sett med bosoner, atomer med et jevnt antall nukleoner, til et Bose-Einstein kondensat, en overflødig fase av materie.Når fermioner, atomer med et rart antall nukleoner som helium-3-isotopen, avkjøles til noen få Kelvin, er dette ikke tilstrekkelig til å forårsake denne overgangen.

Fordi bare bosoner lett kan bli en Bose-Einstein-kondensat, må Fermions først koble seg sammen med hverandre for å bli en overflødig.Denne prosessen ligner Cooper -sammenkoblingen av elektroner som oppstår hos superledere.Når to atomer med rare antall nukleoner passer sammen med hverandre, har de samlet et jevnt antall nukleoner og begynner å oppføre seg som bosoner, og kondenserer sammen til en overflødig tilstand.Dette kalles en Fermion -kondensat, og dukker bare opp ved MK (Millikelvin) temperaturnivå i stedet for på noen få Kelvins.Den viktigste forskjellen mellom atomkobling i en overflødig og elektronkobling i en superleder er at atomkoblingen er mediert av kvantespinnsvingninger i stedet for av Phonon (vibratorisk energi) utveksling.

Superfluider har noen imponerende og unike egenskaper som skiller dem fra andreFormer for materie.Fordi de ikke har noen intern viskositet, vedvarer en virvel dannet i en for alltid.En overflødig har null termodynamisk entropi og uendelig termisk ledningsevne, noe som betyr at ingen temperaturdifferensial kan eksistere mellom to superfluider eller to deler av den samme.De kan også klatre opp og ut av en beholder i et en-atom tykt lag hvis beholderen ikke er forseglet.Et konvensjonelt molekyl innebygd i en overflødig kan bevege seg med full rotasjonsfrihet, og oppføre seg som en gass.Andre interessante egenskaper kan bli oppdaget i fremtiden.

De fleste såkalte superfluider er ikke rene, men er faktisk en blanding av en væskekomponent og en overflødig komponent.De potensielle anvendelsene av superfluider er ikke så spennende og omfattende som for superledere, men fortynningskjøleskap og spektroskopi er to områder der de har funnet bruk.Kanskje den mest interessante applikasjonen i dag er rent pedagogisk, og viser hvordan kvanteeffekter kan bli makroskopisk i skala under visse ekstreme forhold.