超流体

✍ dations ◷ 2025-04-24 22:10:52 #超流体
超流体是一种物质状态,特点是完全缺乏黏性。如果将超流体放置于环状的容器中,由于没有摩擦力,它可以永无止尽地流动。它能以零阻力通过微管,甚至能从碗中向上“滴”出而逃逸。超流体是被彼得·卡皮查、约翰·艾伦和冬·麦色纳在1937年发现的。有关超流体的研究被称为量子流体力学。氦-4的超流体现象理论是列夫·朗道创造的,而尼古拉·尼古拉耶维奇·博戈柳博夫是第一个建议使用微扰理论者。当量子液体温度低于某临界转变温度会变为超流体。比如氦最丰富的同位素,氦-4,在低于2.17 K(−270.98°C)时便会变成超流体。氦-4形成超流态的相变称为Lambda相变(Lambda transition),因它的比热容对温度曲线形状如同希腊字母“λ”一样。凝聚体物理学中一些相近的相变亦因而叫作Lambda相变。氦较贫乏的另一种同位素,氦-3,在更低的2.6 mK成为超流体。这个温度只是比绝对零度高几个毫开尔文。虽然这两个系统的超流体表征很相似,但其本质却相差甚远。氦-4是玻色子,其超流性质可以用玻色-爱因斯坦统计解释。可是,氦-3是费米子,其超流性必须用到描述超导体的BCS理论之推广才可了解。其中,原子代替了电子形成库柏对(Cooper pair),而它们的吸引作用力调控机制由自旋波动(Spin fluctuation)代替了声子。详情请参看费米凝聚。超流体和超导体的统一理论可以以规范对称破缺(Gauge symmetry breaking)表达。超流体,如超冷冻的氦-4,有很多稀奇的性质。它就像一般液体加上超流体的特有的性质,如全无粘性、零熵度,和无限大的热传导率。(故此在超流体中出现温差是不可能的,就如超导体内没有电势差一样。)其中最令人叹为观止的是“热机效应”(Thermomechanical effect),或称“喷泉效应”(Fountain effect)。如一纤细管放在一池超流氦之中,而纤细管被加热(如对它照光),氦便会爬上管顶。这是克劳修斯-克拉佩龙方程的结果。另一样奇特现象是超流氦可以在任何被它放置的容器表面上形成一层单原子厚度的液体薄膜。一个比零粘性更为基本的性质是超流体在旋转的容器中会有量子化的涡度,而不会随容器均匀转动。超流体其中一个重要的应用是稀释致冷机(Dilution refrigerator)。近期超流氦-4已成功用作化学领域光谱分析技术的量子溶剂。在超流氦滴光谱分析(SHeDS)中,单个分子溶于超流介质之中,使之有有效的旋转自由度,如同在气态之中。这引起了对气体分子研究的极大兴趣。超流体亦用于高精度仪器,如陀螺仪。它可以量度一些理论预测的引力效应。详情可参看-引力探测器B。超流体真空理论(Superfluid vacuum theory或略作SVT)是一套理论物理和量子力学的理论,自然真空被视作超流体。这套理论的终极目标是建立用以统合量子力学(描述已知的四种基本相互作用的其中三种)与引力的科学模型。这使SVT成为量子引力的一种候选理论以及标准模型的一种扩展。人们希望这套理论的发展可以将所有基本相互作用统一到单个自洽的模型中,并且将所有已知的相互作用和基本粒子表述为同一种存在即超流体的不同表像。也有科学家提议把超流态和超导态运用在描述中子星的内部结构。麻省理工学院的物理学家最近在剑桥发现一种新物质态:超流气体。这种物质是50 nK的锂-6。此外,于2004年宾州州立大学的物理学家亦发现了超固体。当氦-4在高压冷冻到2 K以下,超流体便相变成超固体。它亦可以零粘度流动。双原子分子氢(H2)亦有超固态。

相关

  • 造血干细胞移植骨髓移植(学名:hematopoietic stem cell transplantation,缩写:HSCT)是透过静脉注射正常骨髓细胞至白血病或再生不良性贫血等血液难病患者的治疗。骨髓移植所使用的造血干细胞,除
  • 2011年中海油康菲渤海湾油田溢油事故蓬莱19-3油田溢油事故(或“2011年渤海湾油田溢油事故”)是指中海油与美国康菲合作开发的渤海蓬莱19-3油田自2011年6月中上旬以来发生油田溢油事件,这也是近年来中国内地第一起
  • 尼日尔面积以下资讯是以2019年估计国家领袖国内生产总值(购买力平价) 以下资讯是以2016年估计国内生产总值(国际汇率) 以下资讯是以2016年估计人类发展指数 以下资讯是以2018年估计尼
  • 同一性在逻辑中,同一(identity)关系通常被定义为只在一个事物和它自身之间成立的关系。就是说同一是两元谓词"=",使得对于所有x和y,"x = y"为真,当且仅当x和y是同一个事物。同一是传递
  • 心灵心灵或称心智(英语:mind)指一系列认知能力组成的总体,这些能力可以让个体具有意识、感知外界、进行思考、做出判断以及记忆事物。心灵是人类的特征,但是其它的生物可能也具有心灵
  • 食管食道(Esophagus),亦称食管,人和动物消化管道的一部分,上面连接咽,下面连通胃,紧贴脊柱的腹侧,具有输送食物的功能。食道是一条由肌肉组成的中空通道,在最尾端与胃相接的地方有一个括
  • 注射器注射器由前端带有小孔的针筒以及与之匹配的活塞芯杆组成。注射器用来将少量的液体或其注入到其它方法无法接近的区域或者从那些地方抽出。在芯杆拔出的时候液体或者气体从针
  • 性与法律性犯罪是指未经双方同意违反自由意愿的性行为及有关的犯罪行为,通常性犯罪会伴随暴力行为发生,常见的性犯罪有强迫性行为、性骚扰、猥亵及拐卖人口。短语“最低合法性交年龄”
  • 张天霖张天霖(1978年10月31日-)台湾男演员,毕业于漳和国中、台北市立建国中学补校、真理大学运动管理学系。主要演艺工作以电视剧为主,另有广告代言与 MV 演出,也有跨行书籍著作及电影导
  • 辛格彼得·辛格(英语:Peter Albert David Singer 1946年7月6日-)著名澳大利亚哲学家,现代效益主义代表人物,动物解放运动活动家,美国普林斯顿大学生物伦理学教授,澳大利亚墨尔本大学应用