Физика квантовых жидкостей. Часть вторая.

жидкий гелий

Двухжидкостная модель гелия объясняет его исключительно высокую теплопроводность. В обычной жидкости теплопроводность связана с постепенной «раскачкой» молекул молекулами соседних слоев. Это сравнительно малоэффективный механизм. В жидком гелии тепло передается текущими в противоположные стороны потоками нормальной и сверхтекучей жидкости. Интересно, что в целом жидкий гелий при этом не перемещается. Наличие противотоков нормальной и сверхтекучей жидкости в гелии замечательно проявляется в известном опыте П. Л. Капицы. (Интересно, каким был источник образования этого талантливого ученого).

Как уже говорилось, количество квазичастиц тем больше, чем выше температура гелия. Если мы будем выпускать гелий из сосуда по узкой трубке, то по ней потечет только сверхтекучая жидкость, температура которой близка к абсолютному нулю. Возбуждения, оставшиеся в сосуде, теперь будут распределяться на меньшее количество гелия. Следовательно, плотность их увеличится, и температура гелия в сосуде начнет расти.

Помимо этих явлений, в гелии происходит много других. Из них отметим только особенности распространения звука. Оказывается, что, помимо обычного звука, представляющего собой волну сжатий и разрежений, в жидком гелии может распространяться так называемый второй звук, представляющий собой незатухающие температурные волны. Вообще говоря, температурные волны могут распространяться в любых телах, но они очень быстро затухают, Незатухающие температурные волны имеют место только в жидком гелии. Интересно отметить, что в такой волне нормальная и сверхтекучая жидкости движутся навстречу друг другу, так что никакого реального перемещения жидкости не происходит. Ввиду этого в такой волне отсутствуют сжатия и разрежения.

Хотя при повышении температуры представление об элементарных возбуждениях и перестает соответствовать действительности, двух жидкостная модель по-прежнему может быть применена. По мере нагревания гелия в нем увеличивается количество нормальной жидкости и уменьшается количество сверхтекучей. Наконец наступает момент, когда сверхтекучая компонента исчезает вовсе. Это происходит при 2,18 °К. При более высоких температуpax жидкий гелий ведет себя, как обычная жидкость.

Другой жидкий изотоп гелия — Не3 — не обладает такими удивительными качествами, хотя и отличается от обычной жидкости. В частности, следует отметить, что если изучать распространение звука заданной частоты в гелии 3 и при этом понижать температуру, то окажется, что в определенном диапазоне температур звук в Не3 вообще не распространяется. При дальнейшем понижении температуры звук опять проходит через жидкий гелий 3, но скорость звука уже не та, что была при более высокой температуре. (Надо сказать, что эти особенности распространения звука должны иметь место при очень низких температурах — ниже 0,03 °К. Ввиду этого описанное явление пока еще остается теоретическим предсказанием и на опыте не получено.)

Жидкий гелий 3 и электронная жидкость в металлах при низких температурах не обнаруживают сверхтекучести, хотя они являются квантовыми жидкостями и во многом отличаются от обычных.

Продолжение следует.

Автор: А. Абрикосов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *