Szuperfolyékonyság

A szuperfolyékonyság a cseppfolyós anyag rendkívül alacsony hőmérsékleten fellépő, nagyon nagy hővezetésű és súrlódásmentes állapota, azaz a nulla viszkozitású állapota. Leegyszerűsítve ilyenkor a folyadék belsejében nem képződik súrlódás, a folyadék minden ellenállás nélkül tud áramlani. Azt a hőmérsékletet, amelynél a szuprafluiditás(szuperfolyékonyság) kialakul, lambda-pontnak nevezik.

A jelenség a hélium-3-nál és hélium-4-nél a legjellemzőbb. A jelenség a kvantumhidrodinamika tanulmányozásában fontos szerepet játszott, kíséretekkel pedig 1937-ben sikerült igazolnia Pjotr Leonyidovics Kapicának, John F. Allennek, és Don Misenernek. A héliumnál kettő lambda-pont létezik. Az „alsó” lambda-pont 2,172 K, 0,0497 atm-nál, és a „felső” 1,76 K, 29,8 atm-nál. A szuperfolyékony hélium szokatlan tulajdonságokat mutat; a gravitációs erő ellenére képes "kimászni" az edényből. A He atomokból álló folyadékra nyilvánvalóan nem érvényesek egészen pontosan a szabad részecskék gázára elmondottak. Az atomok közötti kölcsönhatás miatt nem kondenzálódhat az egész folyadék a legalacsonyabb energiaszintre, de igaz marad, hogy a folyadékállapoton belül bekövetkezhet a Bose-Einstein kondenzáció - makroszkopikus számú részecske kondenzációja a legalacsonyabb energiaszintre.

Üres kémcsövet merítve szuperfolyékony héliumot tartalmazó edénybe, a folyadék vékony, mintegy 100 atomnyi réteget tartalmazó réteget képez a kémcső falán, és a hélium ezen keresztűl befolyik a kémcsőbe. A kémcsövet kiemelve pedig visszafolyik.

A szuperfolyékonyság a nagy méretekben is megjelenő, közvetlenül megfigyelhető kvantumos viselkedés példája.

Az anyag meglepõen új formáját a Pennsylvaniai Állami Egyetem kutatói fedezték fel. Kiderítették, hogy a szilárd, kristályos hélium-4 bizonyos szempontból úgy viselkedik, mintha szuperfolyékony lenne. A kutatók porózus üvegbõl készített korongot itattak át a héliummal, és 60 atmoszféra nyomáson hûtötték. A korongot a középpontjánál felfüggesztették, és torziós ingaként ide-oda forgatták. 0,175 Kelvin környékén egyszer csak könnyebben kezdett forogni a korong, mintha lecsökkent volna a tömege. Pont ez történik akkor, ha a korongban cseppfolyós hélium van, és az szuperfolyékonnyá válik. Csakhogy ezen a hõmérsékleten és nyomáson a hélium már szilárd, kristályos, igaz, könnyen összenyomható. A kutatók szerint az történik, hogy ezen a hõmérsékleten a héliumatomok egy része már nem vesz részt a korong forgásában, hanem, egy helyben maradva, akadálytalanul hatol át a forgásban részt vevõ atomok között. Így a forgó tömeg valóban lecsökken. Az anyag ezen meglepõ új állapotának a kísérletet végzõk a supersolid nevet adták, ami tükörfordításban azt jelentené, hogy szuperszilárd, pedig nem a szilárdsága „szuper”, hanem a viselkedése a szuperfolyékonyságra emlékeztet.

Forrás

• Mindentudas.hu
• Freeweb.hu
• [1]