什麼是超流體?超流體有何特殊性質?

PhD肖


超流體是類似於超導體的一類流體。一般來說液體的流動性要弱於氣體的流動性,但是液態超流體的流動性比一般的氣體還要好得多!超流體的粘性係數完全為零,故超流體可以永無止境地流動!超流體最早是在液氦中發現的,當溫度低於2.17開爾文時候,液氦的粘性係數突然降到零,然後開始了一些十分奇妙的現象。物理學家發現,處於超流態的液氦可以沿著容器壁垂直爬出容器!

超流態和超導體一樣都是宏觀量子效應!只有從量子力學裡才能解釋這類物態出現的根本原因。而能解釋這類現象的物理理論又要歸功於一位偉大的物理學家——愛因斯坦!愛因斯坦在二十世紀二十年代初,根據玻色統計理論,提出了著名的愛因斯坦凝聚,我們更多地把它叫做“玻色-愛因斯坦凝聚”。氦的同位素氦-4的超流現象就是因為氦原子發生了玻色-愛因斯坦凝聚,導致氦原子之間完全沒有阻力。而氦-3作為費米子要想發生超流現象,需要溫度更低,讓兩個氦-3原子凝聚成玻色子,進而引發玻色-愛因斯坦凝聚,我們把這種凝聚叫做“費米-狄拉克凝聚”。目前來說,可以將低溫超導的BCS理論推廣到費米超流體上,用超流體的原子代替超導體的電子,構造超流體的“Cooper對”,這樣也能成功解釋費米-狄拉克凝聚現象。

超流體的特殊性質裡還有一個值得一說的:無限大導熱率!這就導致超流體內部沒有溫差,這和超導體內部無電勢差十分類似。

關於超流體的研究,早期有二流體模型,後來又有朗道理論,現在還出現了一些利用量子場論來研究的新方法,總之超流體的研究還在進行中,需要更多的智慧大腦投入其中。


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