Подобно ползучей живой влаге из научно-фантастических фильмов, устраша­ющее поведение сверхтекучих жидкостей десятилетиями интриговало физи­ков. Если поместить в сосуд жидкий гелий в сверхтекучем состоянии, то он взбирается по стенкам и покидает сосуд. Кроме того, если сосуд вращать, то сверхтекучая жидкость остается неподвижной. Кажется также, что она ищет микроскопические трещины и поры и проникает в них - для сверхтекучей жидкости обычные сосуды протекают. Поставьте на стол чашку с вращаю­щимся в ней кофе — через несколько минут кофе остановится. Если проделать то же самое со сверхтекучей жидкостью, ваши потомки даже через тысячу лет увидят, что она все еще вращается.

Сверхтекучесть наблюдается для нескольких материалов, но чаще всего ее изучают на гелии-4. Это самый обычный природный гелий, содержащий два протона, два нейтрона и два электрона. Ниже экстремально низкой темпера­туры, называемой лямбда-точкой (2,17 К или около - 271 °С), гелий-4 внезап­но приобретает способность течь без заметного трения, а его теплопроводность становится в миллионы раз больше, чем теплопроводность нормального жид­кого гелия и гораздо больше теплопроводности лучших металлических про­водников. Термин «гелий-I» относится к жидкости выше 2,17 К, а название «гелий-II» — к жидкому состоянию ниже этой температуры.

Сверхтекучесть была открыта Петром Капицей, Джоном Ф. Алленом и До­ном Мизенером в 1937 г. (Аллен и Мизенер провели эксперименты, аналогич­ные тем, что сделал Капица, получивший в 1978 г. Нобелевскую премию за исследования и открытия в области физики низких температур) В 1938 г. Фриц Лондон предположил, что жидкий гелий ниже лямба-точки состоит из двух компонентов - нормальной жидкости с характеристиками гелия-I и сверхтекучей жидкости (вязкость которой равна нулю). Переход от нормальной жидкости к сверхтекучей происходит, когда атомы в ее составе занимают одно и то же квантовое состояние и их волновые функции перекры­ваются. Как в конденсате Бозе—Эйнштейна, эти атомы теряют индивидуаль­ные характеристики и ведут себя как единое целое. Из-за того что сверхтеку­чие жидкости не имеют вязкости, образовавшиеся в них вихри в принципе должны вращаться вечно.

 


 

Кадр из фильма А. Лейтнера «Сверхтекучесть жидкого гелия» (1963). Жидкий гелий в сверхтекучей фазе поднимается по внутренней стенке подвешенной чашки и спуска­ется по ее внешней стенке, образуя каплю на донышке.

 

Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru