Μαγική Υπερρευστότητα

Πως θα σας φαινόταν να έχετε ένα συντριβάνι με υγρό ήλιο στον κήπο σας το οποίο δε χρειάζεται αντλία για να λειτουργήσει; Ομολογουμένως θα ήταν φανταστικό αλλά όχι και τόσο οικολογικό αφού θα απαιτούσε μεγάλα ποσά ενέργειας για τη διατήρηση της θερμοκρασίας περίπου στους -270^οC στους οποίους παρεπιπτώντος δε θα μπορούσε να επιβιώσει τίποτα.  Ένα άλλο μειονέκτημα θα ήταν ότι δε θα μπορούσατε να το μεταφέρεται αυτό το υγρό π.χ. με μία κουτάλα. Το υγρό ήλιο θα σκαρφάλωνε στα τοιχώματα της κουτάλας και θα έπεφτε στο έδαφος.

Αν το δοχείο σας έχει μικρούς πόρους τους οποίους δεν είχατε προσέξει ποτέ, με το υγρό ήλιο 4 θα τους ανακαλύψετε. Στη θερμοκρασία 2,17Κ (−270,98 °C) το υγρό ήλιο έχει τόσο μικρό ιξώδες (εσωτερική τριβή των υγρών) που μπορεί να διαπεράσει την παραμικρή οπή σε ένα δοχείο να σκαρφαλώσει στα τοιχώματα του δοχείου και να εκσφενδονιστεί με ταχύτητα μέσα από ένα τριχοειδή σωλήνα. Αυτές οι ιδιότητες αποτελούν εκφάνσεις της υπερρευστότητας ενός φαινομένου που ανακάλυψαν για πρώτη φορά Peter Kapitsa και ο John Frank Allen ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο και εξήγησε για πρώτη φορά θεωρητικά ο μεγάλος Ρώσος θεωρητικός Φυσικός

Lev Landau του οποίου η μνήμη τιμάται σήμερα την ημέρα των γενεθλίων του http://physics4u.gr/blog/2019/01/22/lev-landau-φυσικός-και-επαναστάτης/.

 Σύμφωνα με τη θεωρία του Landau σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες τα μήκος κύματος De Broglie, που αντιστοιχεί στην κβαντική κυματική φύση των σωματιδίων του ηλίου 4 γίνεται μεγαλύτερο από τις αποστάσεις που χωρίζουν τα σωματίδια αυτά (είναι αντιστρόφως ανάλογο της ταχύτητας των σωματίων άρα σε χαμηλές θερμοκρασίες που η ταχύτητα των σωματιδίων γίνεται πολύ μικρή το μήκος κύματος αυξάνεται). Έτσι τα σωματίδια συσχετίζονται κβαντικά και ενώ είναι στην πραγματικότητα φερμιόνια, που σημαίνει ότι δε μπορούν να βρίσκονται στην ίδια κβαντική κατάσταση με άλλα σωματίδια, αρχίζουν και εμφανίζουν μποζονική συμπεριφορά. Κατά τα πρότυπα της συμπεριφοράς ενός μποζονικού συμπυκνώματος το υγρό ήλιο σε αυτές τις θερμοκρασίες μοιάζει να είναι ένα τεράστιο «άτομο» από πυρήνες ηλίου 4 που βρίσκονται όλοι στην ίδια κβαντική κατάσταση. Ως εκ τούτου πάυει να υπάρχει η οποιαδήποτε εσωτερική τριβή με συνέπεια τα εκπληκτικά φαινόμενα που συνοδεύουν την υπερρευστότητα έτσι όπως παρουσιάζονται στο επόμενο βίντεο. Περισσότερα για την υπερρευστότητα μπορείτε να αναζητήσετε στο σύνδεσμο http://www.physics4u.gr/faq/superfluidity.html.