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超流現象
安東尼·萊格特提出的物理現象
簡(jiǎn)介
超流
超流現象
超流現象的發(fā)現
意義
超流現象簡(jiǎn)介
自卡末林·昂尼斯實(shí)現氦的液化后，對物質(zhì)在低溫下的物理性質(zhì)的研究逐步深入，相繼發(fā)現了低溫下的超導電性和超流現象。
超流的液氦具有以下性質(zhì)
在2.17K（-270.42攝氏度）以下，超流的液氦具有以下性質(zhì)：
其次，如果用一細絲懸掛一薄盤(pán)浸于液氦中，讓圓盤(pán)作扭轉振動(dòng)，則盤(pán)的運動(dòng)將不會(huì )受到阻力。
第三，當液氦由容器A中通過(guò)多孔塞（或極細的毛細管）流出時(shí)，A內的液氦的溫度升高。這一現象好如機械致熱效應。其逆過(guò)程稱(chēng)為熱機械效應，即：當升高A內的溫度時(shí)，其中液氦的液面將上升，若A本身是一毛細管，則將觀(guān)察到液氦從上口噴出，故也稱(chēng)噴泉效應。
以上這些性質(zhì)都表現為宏觀(guān)現象，事實(shí)上卻是超流液氦的量子效應。不同于宏觀(guān)物體，微觀(guān)粒子除了坐標空間的動(dòng)量外，還有一種“內部”角動(dòng)量——自旋。粗略地說(shuō)，可以把它看成一個(gè)轉動(dòng)的小陀螺，有一個(gè)小磁矩。具有半整數自旋的粒子稱(chēng)為費米子，如電子、中子、質(zhì)子，它們的自旋為1/2。具有整數自旋的粒子叫玻色子，如光子，p-介子，它們的自旋為1。對于費米子，由于泡利不相容原理的緣故，每個(gè)狀態(tài)只允許填一個(gè)粒子。而對于玻色子，粒子在各狀態(tài)上的填充數不受限制。溫度降到一個(gè)特定值后，越來(lái)越多的玻色子處于能量最低的，也就是動(dòng)量為零的狀態(tài)。這個(gè)現象叫做玻色—愛(ài)因斯坦凝聚。這里所說(shuō)的凝聚不是通常說(shuō)的那種氣體變液體的凝聚，而是“動(dòng)量凝聚”。也就是說(shuō)，許多分子都轉到動(dòng)量為零的狀態(tài)，這就使得它們在坐標空間中還是在容器中的液體，而此時(shí)液體的流動(dòng)性發(fā)生了突變。液氦（4He）是玻色子，在2.17K以下的超流轉變就是這種“凝聚”。
氦3的超流體現象
直到20世紀70年代末科學(xué)家才觀(guān)測到氦3的超流體現象，因為使氦3出現超流體現象的溫度只有氦4的千分之一。愛(ài)因斯坦預言，原子氣體冷卻到非常低的溫度，所有原子會(huì )以最低能態(tài)凝聚，物質(zhì)的這一狀態(tài)就被稱(chēng)為玻色－愛(ài)因斯坦凝聚。玻愛(ài)凝聚態(tài)物質(zhì)就是超導體和超流體，它實(shí)際是半量子態(tài)，在半量子態(tài)下，費米子象玻色子一樣可以在狹小空間內大量凝聚。外地核就是玻愛(ài)凝聚態(tài)的超流體物質(zhì)，內地核則由中微子構成，都是高密度、大質(zhì)量形態(tài)。
超流體是超低溫下具有奇特性質(zhì)的理想流體，即流體內部完全沒(méi)有粘滯。超流體原理的應用尚在研究之中。不過(guò)，這一領(lǐng)域已經(jīng)曙光初現。2002年，德科學(xué)家實(shí)現銣原子氣體超流體態(tài)與絕緣態(tài)可逆轉換。世界科技界認為該成果將在量子計算機研究方面帶來(lái)重大突破。這一成果被中國兩院院士評為2002年世界十大科技進(jìn)展之一。
超流現象和探月工程
中國人的探月初步設想
斥資14億花3年半建造的“嫦娥一號”于2007年10月24日傍晚飛向了太空，并且已于11月5日上午繞月飛行，中國人的探月初步設想有四個(gè)：
第二個(gè)，用光譜分析的辦法，探測月球上的多種礦物元素。月球上估計大概有100多種礦物元素，美國探測了5種，我們這一次再加9種，一共要探測14種元素；
第三個(gè)，探測月球上土壤的厚度。比如，通過(guò)測量土壤厚度，可以知道(那里)有“氦3”。月球土壤里大量存在著(zhù)叫做“氦3”的一種化學(xué)元素，它是氣體性質(zhì)，是非常重要的聚變能源；
第四個(gè)，在飛行的過(guò)程中探測地月空間環(huán)境狀況。
新發(fā)現的超流現象
同時(shí)具有玻色子和費米子性質(zhì)的超流現象
在量子力學(xué)的世界中，經(jīng)常能夠看到令人驚訝的新發(fā)現。例如，最近科學(xué)家們發(fā)現了一種新的超流，它具有非常奇特的性質(zhì)，不能用其他的超流來(lái)解釋。這個(gè)發(fā)現是由美國華盛頓州西雅圖大學(xué)的Aurel Bulgac和Joaquin E. Drut與波蘭華沙技術(shù)大學(xué)的Piotr Magierski合作完成的，它為科學(xué)家們提供了一種新的同時(shí)具有費米子和玻色子性質(zhì)的混合態(tài)超流。研究論文發(fā)表在3月10日的《Physical Review Letters》雜志上。
Bulgac說(shuō)：“通過(guò)簡(jiǎn)單的改變溫度，你就能把玻色子系統變成費米子系統。迄今為止，這個(gè)現象在其它任何系統中都不常見(jiàn)?！?/span>
使這種超流值得關(guān)注的原因是，它同時(shí)具有玻色子和費米子的性質(zhì)。而物質(zhì)一般要么是玻色子，要么是費米子，玻色子一般都是由費米子組成的。一旦粒子形成了，它們的性質(zhì)就很難改變。
與一般的普通超流不同
另一個(gè)值得關(guān)注的奇特現象是這種超流的熱力學(xué)性質(zhì)與一般的普通超流不一樣。玻色子超流中顯示的是玻色子間的相互作用，費米子超流中則是費米子間的相互作用。但是在這種混合系統中，量子粒子之間的相互作用卻非常微弱。Bulgac說(shuō)：“超流性質(zhì)實(shí)際上是一種相互作用，這種相互作用很強，但是它不在熱力學(xué)性質(zhì)中表現出來(lái)。我們知道這個(gè)新發(fā)現是超流，但是它的熱性質(zhì)與其他超流不同?！?/span>
與高溫超導體聯(lián)系起來(lái)
這種新的超流態(tài)的存在可能提供一種對物質(zhì)更好的認識，尤其是當把它與高溫超導體聯(lián)系起來(lái)時(shí)。Bulgac解釋說(shuō)：“盡管科學(xué)家們已經(jīng)能夠制造出高溫超導體，但是他們對高溫超導體的認識并不完善。這種新的混合態(tài)超流有很多與高溫超導體類(lèi)似的特征，我們希望這種超流更容易理解，然后就能把類(lèi)似的想法類(lèi)推到高溫超導體上去?！?/span>
Bulgac和同事們認為這種新的超流態(tài)不僅能夠揭開(kāi)超導體的秘密，而且對研究恒星和其他凝聚態(tài)系統也有幫助，另外對設計新材料也有參考價(jià)值。
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這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
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