Super tekutost - Superfluidity


Super tekutost je charakteristická vlastnost a tekutina s nulou viskozita který tedy plyne bez ztráty Kinetická energie. Při míchání se vytvoří supertekutina víry které se nadále neomezeně točí. Superfluidita se vyskytuje ve dvou izotopy z hélium (helium-3 a helium-4 ) když jsou zkapalněny ochlazením na kryogenní teploty. Je to také vlastnost různých jiných exotických stavy hmoty se domníval, že existuje v astrofyzika, vysokoenergetická fyzika a teorie kvantová gravitace.[1] Teorie superfluidity byla vyvinuta sovětským fyzikem Lev Landau.
Superfluidita je často náhodná Bose – Einsteinova kondenzace, ale žádný z jevů přímo nesouvisí s druhým; ne všechny kondenzáty Bose-Einstein lze považovat za superfluidní a ne všechny superfluidy jsou kondenzáty Bose-Einstein.[2]
Supratekutost kapalného hélia
Superfluidita byla původně objevena v tekuté hélium podle Petr Kapitsa a John F. Allen. Od té doby to bylo popsáno prostřednictvím fenomenologie a mikroskopických teorií. V kapalině helium-4, supratekutost se vyskytuje při mnohem vyšších teplotách, než je tomu v helium-3. Každý atom helia-4 je a boson částice, na základě své celočíselný spin. Atom helia-3 je a fermion částice; může vytvářet bosony pouze párováním se sebou při mnohem nižších teplotách. Objev superfluidity v heliu-3 byl základem pro udělení ceny z roku 1996 Nobelova cena za fyziku.[1] Tento proces je podobný párování elektronů v supravodivost.
Ultrachladné atomové plyny
Superfluidita v ultrachladném fermionovém plynu byla experimentálně prokázána Wolfgang Ketterle a jeho tým, který to pozoroval kvantové víry v 6Li při teplotě 50 nK při MIT v dubnu 2005.[3][4] Takové víry byly dříve pozorovány při použití ultrachladného bosonického plynu 87Rb v roce 2000,[5] a nověji v dvourozměrné plyny.[6] Již v roce 1999 Lene Hau vytvořil takový kondenzát pomocí atomů sodíku[7] za účelem zpomalení světla a jeho následného úplného zastavení.[8] Její tým následně použil tento systém stlačeného světla[9] ke generování supratekutého analogu rázových vln a tornád:[10]
Tyto dramatické vzrušení vedou k tvorbě solitony které se zase rozpadají na kvantované víry —Vytvořené daleko mimo rovnováhu, v párech opačného oběhu - přímo odhalující proces rozpadu supertekutiny v Bose-Einsteinových kondenzátech. Díky nastavení dvojitého blokování světelných zátarasů můžeme generovat řízené kolize mezi rázovými vlnami, které vedou ke zcela neočekávaným nelineárním excitacím. Pozorovali jsme hybridní struktury skládající se z vírových prstenců vložených do temných solitonových skořápek. Vírové prstence fungují jako „fantomové vrtule“, což vede k velmi bohaté dynamice excitace.
— Lene Hau, konference SIAM o nelineárních vlnách a koherentních strukturách
Superfluidy v astrofyzice
Myšlenka, že uvnitř existuje superfluidita neutronové hvězdy byl poprvé navržen uživatelem Arkady Migdal.[11][12] Analogicky s elektrony uvnitř supravodiče tváření Cooperové páry z důvodu interakce elektron-mřížka se očekává, že nukleony v neutronové hvězdě při dostatečně vysoké hustotě a nízké teplotě může také tvořit Cooperovy páry kvůli atraktivní jaderné síle dlouhého dosahu a vést k supratekutosti a supravodivosti.[13]
Ve fyzice vysokých energií a kvantové gravitaci
Teorie supratekutého vakua (SVT) je přístup v teoretická fyzika a kvantová mechanika kde fyzické vakuum je považován za supertekutý.
Konečným cílem tohoto přístupu je vyvinout vědecké modely, které sjednotí kvantovou mechaniku (popisující tři ze čtyř známých základních interakcí) s gravitace. Díky tomu je SVT kandidátem na teorii kvantová gravitace a rozšíření Standardní model.
Předpokládá se, že vývoj takové teorie by se sjednotil do jediného konzistentního modelu všech základních interakcí a popsal všechny známé interakce a elementární částice jako různé projevy stejné entity, nadbytečné vakuum.
V makro měřítku byl navržen větší podobný jev, jaký se děje v EU mumlání z špačci. Rychlost změny letových vzorů napodobuje fázovou změnu vedoucí k nadměrné tekutosti v některých kapalných stavech.[14]
Viz také
- Boojum (superfluidita)
- Fyzika kondenzovaných látek
- Makroskopické kvantové jevy
- Kvantová hydrodynamika
- Pomalé světlo
- Supravodivost
- Supersolid
Reference
- ^ A b „Nobelova cena za fyziku 1996 - Pokročilé informace“. www.nobelprize.org. Citováno 2017-02-10.
- ^ Minkel, JR. „Zvláštní, ale pravdivé: Superfluidní hélium může stoupat po zdech“. Scientific American. Citováno 2017-02-10.
- ^ „Fyzici MIT vytvářejí novou formu hmoty“. Citováno 22. listopadu 2010.
- ^ Grimm, R. (2005). „Fyzika nízkých teplot: kvantová revoluce“. Příroda. 435 (7045): 1035–1036. Bibcode:2005 Natur.435.1035G. doi:10.1038 / 4351035a. PMID 15973388. S2CID 7262637.
- ^ Madison, K .; Chevy, F .; Wohlleben, W .; Dalibard, J. (2000). „Tvorba vírů v míchaném Bose-Einsteinově kondenzátu“. Dopisy o fyzické kontrole. 84 (5): 806–809. arXiv:cond-mat / 9912015. Bibcode:2000PhRvL..84..806M. doi:10.1103 / PhysRevLett.84,806. PMID 11017378. S2CID 9128694.
- ^ Burnett, K. (2007). „Atomová fyzika: Chladné plyny se vydávají do Flatlandu“. Fyzika přírody. 3 (9): 589. Bibcode:2007NatPh ... 3..589B. doi:10.1038 / nphys704.
- ^ Hau, L. V .; Harris, S.E .; Dutton, Z .; Behroozi, C. H. (1999). „Snížení rychlosti světla na 17 metrů za sekundu v ultrachladném atomovém plynu“. Příroda. 397 (6720): 594–598. Bibcode:1999 Natur.397..594V. doi:10.1038/17561. S2CID 4423307.
- ^ „Lene Hau“. Physicscentral.com. Citováno 2013-02-10.
- ^ Lene Vestergaard Hau (2003). „Frozen Light“ (PDF). Scientific American: 44–51.
- ^ Hau, Lene (9. – 12. Září 2006). „Šokující Bose-Einstein kondenzuje s pomalým světlem“. Společnost pro průmyslovou a aplikovanou matematiku.
- ^ A. B. Migdal (1959). "Superfluidita a momenty setrvačnosti jader". Nucl. Phys. 13 (5): 655–674. Bibcode:1959NucPh..13..655M. doi:10.1016/0029-5582(59)90264-0.
- ^ A. B. Migdal (1960). „Superfluidita a okamžiky setrvačnosti jader“. Sovětský fyz. JETP. 10 (5): 176. Bibcode:1959NucPh..13..655M. doi:10.1016/0029-5582(59)90264-0.
- ^ U. Lombardo & H.-J. Schulze (2001). "Superfluidita v neutronové hmotné hmotě". Fyzika interiérů neutronových hvězd. Přednášky z fyziky. 578. 30–53. arXiv:astro-ph / 0012209. doi:10.1007/3-540-44578-1_2. ISBN 978-3-540-42340-9. S2CID 586149.
- ^ Attanasi, A .; Cavagna, A .; Del Castello, L .; Giardina, I .; Grigera, T. S .; Jelić, A .; Melillo, S .; Parisi, L .; Pohl, O .; Shen, E .; Viale, M. (2014). „Přenos informací a setrvačnost v hejnech špačků“. Fyzika přírody. 10 (9): 615–698. arXiv:1303.7097. Bibcode:2014NatPh..10..691A. doi:10.1038 / nphys3035. PMC 4173114. PMID 25264452.
Další čtení
- Annett, James F. (2005). Supravodivost, superkapaliny a kondenzáty. Oxford: Oxford Univ. Lis. ISBN 978-0-19-850756-7.
- Guénault, Antony M. (2003). Základní supratekutiny. Londýn: Taylor & Francis. ISBN 0-7484-0891-6. Guenault, Tony (28. listopadu 2002). Vydání 2002 pbk. ISBN 9780748408917.
- Svistunov, B. V., Babaev E. S., Prokof'ev N. V. Superfluidní státy hmoty
- Volovik, G. E. (2003). Vesmír v kapičce helia. Int. Ser. Monogr. Phys. 117. s. 1–507. ISBN 978-0-19-850782-6; vydání hbk Volovik, Grigory E. (6. března 2003). Vydání 2003 pbk. ISBN 9780198507826.
externí odkazy
Citace související s Super tekutost na Wikiquote
Média související s Super tekutost na Wikimedia Commons