초 유체 란?

초 유체는 에너지 손실없이 끝없이 흐를 수있는 물질 단계입니다. 특정 동위 원소의 이러한 특성은 1937 년 Pyotr Leonidovich Kapitsa, John F. Allen 및 Don Misener에 의해 발견되었습니다. 최소 2 개의 헬륨 동위 원소, 1 개의 루비듐 동위 원소, 1 개의 리튬 동위 원소를 사용하여 매우 낮은 온도에서 달성되었습니다.

액체와 가스 만이 초 유체가 될 수 있습니다. 예를 들어, 헬륨의 어는점은 1K (켈빈)이고 압력이 25 기압이며 어떤 원소보다 가장 낮지 만 물질은 약 2K에서 초 유체 특성을 보이기 시작합니다. 시료의 모든 구성 원자가 시작될 때 상 전이가 발생합니다. 동일한 양자 상태를 차지합니다. 이것은 원자들이 서로 매우 가깝게 배치되고 냉각되어 양자 파 함수가 겹치기 시작하고 원자가 개별 정체성을 잃어 원자 덩어리보다 단일 슈퍼 원자처럼 행동 할 때 발생합니다.

재료가 초 유체를 나타낼 수 있고 제한 할 수없는 제한 요소는 재료가 매우 차가워 야하고 (4K 미만)이 저온에서 유체 상태를 유지해야한다는 것입니다. 저온에서 고체가되는 재료는이 단계를 가정 할 수 없습니다. 매우 낮은 온도로 냉각되면 짝수의 핵을 가진 원자 인 초 유체 준비된 보손 세트가 물질의 초 유체 단계 인 보스-아인슈타인 응축 물로 형성됩니다. 헬륨 -3 동위 원소와 같은 홀수 개의 핵을 가진 원자가 수 켈빈으로 냉각 될 때,이 전이를 일으키기에 충분하지 않습니다.

보손 만 쉽게 보스-아인슈타인 축합 물이 될 수 있기 때문에, 페르미온은 먼저 초 유체가되기 위해 서로 짝을 이루어야합니다. 이 과정은 초전도체에서 발생하는 전자의 쿠퍼 쌍 형성과 유사합니다. 홀수 개의 핵자를 가진 두 개의 원자가 서로 짝을 이룰 때, 그것들은 집합 적으로 짝수의 핵자를 가지고 보손처럼 행동하여 초 유체 상태로 응축됩니다. 이것을 fermion condensate라고하며, 몇 켈빈이 아닌 mK (milliKelvin) 온도 수준에서만 나타납니다. 초 유체에서의 원자 쌍과 초전도체에서의 전자 쌍의 주요 차이점은 원자 쌍이 포논 (진동 에너지) 교환보다는 양자 스핀 변동에 의해 매개된다는 점이다.

초 유체는 다른 형태의 물질과 구별되는 인상적이고 독특한 특성을 가지고 있습니다. 내부 점도가 없기 때문에 내부에 형성된 소용돌이가 영원히 지속됩니다. 초 유체는 제로 열역학적 엔트로피와 무한한 열전도도를 가지는데, 이는 두 초 유체 또는 동일한 하나의 두 부분 사이에 온도차가 존재할 수 없음을 의미합니다. 또한 용기가 밀봉되어 있지 않으면 두께가 1 원자 인 층으로 용기를 오르 내릴 수 있습니다. 초 유체 내에 내장 된 종래의 분자는 가스처럼 행동하여 완전 회전 자유로 이동할 수있다. 다른 흥미로운 특성이 나중에 발견 될 수 있습니다.

대부분의 소위 초 유체는 순수하지 않지만 실제로 유체 성분과 초 유체 성분의 혼합물입니다. 초 유체의 잠재적 인 응용은 초전도체의 응용만큼 흥미롭고 광범위하지는 않지만 희석 냉장고와 분광법은 그들이 사용하는 두 가지 영역입니다. 아마도 오늘날 가장 흥미로운 응용 프로그램은 순전히 교육적이며 특정 극한 조건에서 양자 효과가 어떻게 거시적으로 나타날 수 있는지 보여줍니다.