Ano ang isang superfluid?

Ang isang superfluid ay isang yugto ng bagay na may kakayahang dumaloy nang walang katapusang walang pagkawala ng enerhiya.Ang pag -aari ng ilang mga isotopes ay natuklasan nina Pyotr Leonidovich Kapitsa, John F. Allen, at Don Misener noong 1937. Nakamit ito sa napakababang temperatura na may hindi bababa sa dalawang isotopes ng helium, isang isotope ng Rubidium, at isang isotope ng lithium.

Ang mga likido at gas ay maaaring maging superfluids.Halimbawa, ang mga helium na nagyeyelo ay 1 k (kelvin) at 25 na mga atmospheres ng presyon, ang pinakamababa sa anumang elemento, ngunit ang sangkap ay nagsisimula na nagpapakita ng mga katangian ng superfluid sa halos 2 K. Ang paglipat ng phase ay nangyayari kapag ang lahat ng mga nasasakupan ng mga atomo ng isang sample ay nagsisimula sasakupin ang parehong estado ng dami.Nangyayari ito kapag ang mga atomo ay inilalagay nang malapit nang magkasama at pinalamig nang labis na ang kanilang mga pag-andar ng alon ng damikung saan ang mga materyales ay maaaring magpakita ng superfluidity at kung saan ay hindi maaaring ang materyal ay dapat na napaka -malamig (mas mababa sa 4 K) at manatiling likido sa malamig na temperatura na ito.Ang mga materyales na nagiging solid sa mababang temperatura ay hindi maaaring ipalagay ang phase na ito.Kapag pinalamig sa napakababang temperatura, ang isang superfluid-handa na hanay ng mga bosons, mga atomo na may kahit na bilang ng mga nucleon, ay bumubuo sa isang Bose-Einstein condensate, isang superfluid phase ng bagay.Kapag ang mga fermion, ang mga atomo na may kakaibang bilang ng mga nucleon tulad ng helium-3 isotope, ay pinalamig sa ilang kelvin, hindi ito sapat upang maging sanhi ng paglipat na ito.

Dahil ang mga boson lamang ang maaaring madaling maging isang condensate ng Bose-Einstein, ang mga fermion ay dapat munang ipares sa bawat isa upang maging isang superfluid.Ang prosesong ito ay katulad ng pagpapares ng Cooper ng mga electron na nangyayari sa mga superconductors.Kapag ang dalawang mga atomo na may kakaibang bilang ng mga nucleon ay pares sa bawat isa, sama -sama silang nagtataglay ng isang bilang ng mga nucleon at nagsisimulang kumilos tulad ng mga boson, na nakikipag -ugnay sa isang superfluid na estado.Ito ay tinatawag na isang fermion condensate, at lumitaw lamang sa antas ng temperatura ng MK (millikelvin) kaysa sa ilang mga kelvins.Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng pagpapares ng atom sa isang superfluid at pagpapares ng elektron sa isang superconductor ay ang pagpapares ng atomic ay pinagsama ng mga pagbabagu -bago ng pag -ikot sa halip na sa pamamagitan ng phonon (vibratory energy) exchange.mga anyo ng bagay.Dahil wala silang panloob na lagkit, isang vortex na nabuo sa loob ng isang nagpapatuloy magpakailanman.Ang isang superfluid ay may zero thermodynamic entropy at walang hanggan thermal conductivity, nangangahulugang walang pagkakaiba -iba ng temperatura na maaaring umiiral sa pagitan ng dalawang superfluids o dalawang bahagi ng pareho.Maaari rin silang umakyat at wala sa isang lalagyan sa isang one-atom-makapal na layer kung ang lalagyan ay hindi selyadong.Ang isang maginoo na molekula na naka -embed sa loob ng isang superfluid ay maaaring ilipat na may buong kalayaan sa pag -ikot, na kumikilos tulad ng isang gas.Ang iba pang mga kagiliw-giliw na pag-aari ay maaaring natuklasan sa hinaharap.

Karamihan sa tinatawag na mga superfluid ay hindi dalisay, ngunit sa katunayan ay isang halo ng isang sangkap na likido at isang sangkap na superfluid.Ang mga potensyal na aplikasyon ng superfluids ay hindi kapana-panabik at malawak na tulad ng mga superconductors, ngunit ang mga pagbabawas ng mga refrigerator at spectroscopy ay dalawang lugar kung saan natagpuan nila ang paggamit.Marahil ang pinaka -kagiliw -giliw na aplikasyon ngayon ay puro pang -edukasyon, na nagpapakita kung paano maaaring maging macroscopic ang dami sa sukat sa ilalim ng ilang matinding kondisyon.