超流现象（安东尼·莱格特提出的物理现象）
VLoG
次浏览
更新时间：2023-05-20
简介
超流
超流现象
意义
超流现象简介
自卡末林·昂尼斯实现氦的液化后，对物质在低温下的物理性质的研究逐步深入，相继发现了低温下的超导电性和超流现象。
超流的液氦具有以下性质
在2.17K（-270.42摄氏度）以下，超流的液氦具有以下性质：
其次，如果用一细丝悬挂一薄盘浸于液氦中，让圆盘作扭转振动，则盘的运动将不会受到阻力。
第三，当液氦由容器A中通过多孔塞（或极细的毛细管）流出时，A内的液氦的温度升高。这一现象好如机械致热效应。其逆过程称为热机械效应，即：当升高A内的温度时，其中液氦的液面将上升，若A本身是一毛细管，则将观察到液氦从上口喷出，故也称喷泉效应。
以上这些性质都表现为宏观现象，事实上却是超流液氦的量子效应。不同于宏观物体，微观粒子除了坐标空间的动量外，还有一种“内部”角动量——自旋。粗略地说，可以把它看成一个转动的小陀螺，有一个小磁矩。具有半整数自旋的粒子称为费米子，如电子、中子、质子，它们的自旋为1/2。具有整数自旋的粒子叫玻色子，如光子，p-介子，它们的自旋为1。对于费米子，由于泡利不相容原理的缘故，每个状态只允许填一个粒子。而对于玻色子，粒子在各状态上的填充数不受限制。温度降到一个特定值后，越来越多的玻色子处于能量最低的，也就是动量为零的状态。这个现象叫做玻色—爱因斯坦凝聚。这里所说的凝聚不是通常说的那种气体变液体的凝聚，而是“动量凝聚”。也就是说，许多分子都转到动量为零的状态，这就使得它们在坐标空间中还是在容器中的液体，而此时液体的流动性发生了突变。液氦（4He）是玻色子，在2.17K以下的超流转变就是这种“凝聚”。
氦3的超流体现象
直到20世纪70年代末科学家才观测到氦3的超流体现象，因为使氦3出现超流体现象的温度只有氦4的千分之一。爱因斯坦预言，原子气体冷却到非常低的温度，所有原子会以最低能态凝聚，物质的这一状态就被称为玻色－爱因斯坦凝聚。玻爱凝聚态物质就是超导体和超流体，它实际是半量子态，在半量子态下，费米子象玻色子一样可以在狭小空间内大量凝聚。外地核就是玻爱凝聚态的超流体物质，内地核则由中微子构成，都是高密度、大质量形态。
超流体是超低温下具有奇特性质的理想流体，即流体内部完全没有粘滞。超流体原理的应用尚在研究之中。不过，这一领域已经曙光初现。2002年，德科学家实现铷原子气体超流体态与绝缘态可逆转换。世界科技界认为该成果将在量子计算机研究方面带来重大突破。这一成果被中国两院院士评为2002年世界十大科技进展之一。
超流现象和探月工程
中国人的探月初步设想
斥资14亿花3年半建造的“嫦娥一号”于2007年10月24日傍晚飞向了太空，并且已于11月5日上午绕月飞行，中国人的探月初步设想有四个：
第二个，用光谱分析的办法，探测月球上的多种矿物元素。月球上估计大概有100多种矿物元素，美国探测了5种，我们这一次再加9种，一共要探测14种元素；
第四个，在飞行的过程中探测地月空间环境状况。
新发现的超流现象
同时具有玻色子和费米子性质的超流现象
在量子力学的世界中，经常能够看到令人惊讶的新发现。例如，最近科学家们发现了一种新的超流，它具有非常奇特的性质，不能用其他的超流来解释。这个发现是由美国华盛顿州西雅图大学的Aurel Bulgac和Joaquin E. Drut与波兰华沙技术大学的Piotr Magierski合作完成的，它为科学家们提供了一种新的同时具有费米子和玻色子性质的混合态超流。研究论文发表在3月10日的《Physical Review Letters》杂志上。
Bulgac说：“通过简单的改变温度，你就能把玻色子系统变成费米子系统。迄今为止，这个现象在其它任何系统中都不常见。”
使这种超流值得关注的原因是，它同时具有玻色子和费米子的性质。而物质一般要么是玻色子，要么是费米子，玻色子一般都是由费米子组成的。一旦粒子形成了，它们的性质就很难改变。
与一般的普通超流不同
另一个值得关注的奇特现象是这种超流的热力学性质与一般的普通超流不一样。玻色子超流中显示的是玻色子间的相互作用，费米子超流中则是费米子间的相互作用。但是在这种混合系统中，量子粒子之间的相互作用却非常微弱。Bulgac说：“超流性质实际上是一种相互作用，这种相互作用很强，但是它不在热力学性质中表现出来。我们知道这个新发现是超流，但是它的热性质与其他超流不同。”
