物理学では、超流動 粘度がゼロまたは摩擦がない流体の特性です。この特性を示す物質は超流動です .超流動は運動エネルギーを失うことなく流れます。実験室では、絶対零度をあまり超えない極低温で一部の物質に超流動が形成されます。
超流動の性質
超流動は、通常の液体や気体では見られない奇妙な現象を引き起こします。
- ヘリウム 3 などの一部の超流動体は、コンテナの壁を這い上がり、側面を流れて、最終的にコンテナの外に出ます。このクリープ動作 (フィルム フロー) は、アルコールや石油などのいくつかの通常の液体で実際に発生しますが、表面張力が原因です。
- 超流動体は、液体や気体を保持する容器の壁を通過できます。
- 超流動体をかき混ぜると、無期限に回転し続ける渦が生成されます。
- 超流動体の容器を回転させても、内容物は乱れません。対照的に、コーヒー カップを回転させると、液体の一部がカップとともに移動します。
- 超流動は、通常の流体と超流動の混合物のように機能します。温度が下がると、より多くの流体が超流動になり、通常の流体は少なくなります。
- 一部の超流動体は高い熱伝導率を示します。
- 圧縮率はさまざまです。一部の超流動は圧縮可能ですが、圧縮性が低いもの (超流動ヘリウムなど) や圧縮性がないもの (超流動ボーズ アインシュタイン凝縮体) もあります。
- 超流動は超伝導とは関係ありません。たとえば、超流動 He-3 と He-4 はどちらも電気絶縁体です。
超流動の例
超流動ヘリウム 4 は、超流動の最良の研究例です。ヘリウム 4 は、沸点 -452 °F (-269 °C または 4 K) のわずか数度下で、液体から超流動体に遷移します。超流動ヘリウム 4 は、通常の透明な液体のように見えます。ただし、粘性がないため、流れ始めると、障害物を越えて動き続けます。
他の超流動性の例を次に示します:
- 超流動ヘリウム4
- 超流動ヘリウム3
- Bose Einstein 凝縮の一部は超流動体です (ただし、すべてではありません)
- アトミックルビジウム-85
- リチウム 6 原子 (50 nK)
- 原子ナトリウム
- おそらく中性子星内
- 超流動真空理論では、真空を一種の超流動と見なしています。
歴史
超流動の発見は、ピョートル・カピツァ、ジョン・F・アレン、ドン・マイズナーの功績によるものです。 Kapitsa と、独立して、Allen と Misener は、1937 年に同位体ヘリウム 4 で超流動性を観測しました。ヘリウム 4 原子は整数のスピンを持ち、ボソン粒子です。フェルミ粒子であるヘリウム 3 よりもはるかに高い温度で超流動性を示します。
ヘリウム 3 は、絶対零度に近い温度でのみ発生する、それ自体とペアになったときにのみボソンを形成します。これは、超伝導をもたらす電子対形成プロセスに似ています。 1996 年のノーベル物理学賞は、ヘリウム 3 超流動の発見者であるデビッド リー、ダグラス オシェロフ、ロバート リチャードソンに授与されました。
最近では、リチウム 6、ルビジウム 87、ナトリウム原子などの超低温原子ガスの超流動性が研究者によって観察されています。超流動ナトリウムを使ったレネズ・ハウの 1999 年の実験では、光の速度が遅くなり、最終的には停止しました。
超流動性の使用
現在、超流動の実用化はあまり進んでいません。ただし、超流動ヘリウム 4 は、高磁場磁石の冷却剤です。ヘリウム 3 とヘリウム 4 の両方がエキゾチックな粒子検出器で使用されます。間接的に、超流動の研究は、超伝導がどのように機能するかを理解するのに役立ちます.
参考文献
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