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超流現(xiàn)象
安東尼·萊格特提出的物理現(xiàn)象
簡介
超流
超流現(xiàn)象
超流現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)
意義
超流現(xiàn)象簡介
自卡末林·昂尼斯實現(xiàn)氦的液化后，對物質在低溫下的物理性質的研究逐步深入，相繼發(fā)現(xiàn)了低溫下的超導電性和超流現(xiàn)象。
超流的液氦具有以下性質
在2.17K（-270.42攝氏度）以下，超流的液氦具有以下性質：
其次，如果用一細絲懸掛一薄盤浸于液氦中，讓圓盤作扭轉振動，則盤的運動將不會受到阻力。
第三，當液氦由容器A中通過多孔塞（或極細的毛細管）流出時，A內的液氦的溫度升高。這一現(xiàn)象好如機械致熱效應。其逆過程稱為熱機械效應，即：當升高A內的溫度時，其中液氦的液面將上升，若A本身是一毛細管，則將觀察到液氦從上口噴出，故也稱噴泉效應。
以上這些性質都表現(xiàn)為宏觀現(xiàn)象，事實上卻是超流液氦的量子效應。不同于宏觀物體，微觀粒子除了坐標空間的動量外，還有一種“內部”角動量——自旋。粗略地說，可以把它看成一個轉動的小陀螺，有一個小磁矩。具有半整數自旋的粒子稱為費米子，如電子、中子、質子，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，每個狀態(tài)只允許填一個粒子。而對于玻色子，粒子在各狀態(tài)上的填充數不受限制。溫度降到一個特定值后，越來越多的玻色子處于能量最低的，也就是動量為零的狀態(tài)。這個現(xiàn)象叫做玻色—愛因斯坦凝聚。這里所說的凝聚不是通常說的那種氣體變液體的凝聚，而是“動量凝聚”。也就是說，許多分子都轉到動量為零的狀態(tài)，這就使得它們在坐標空間中還是在容器中的液體，而此時液體的流動性發(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(xiàn)象
直到20世紀70年代末科學家才觀測到氦3的超流體現(xiàn)象，因為使氦3出現(xiàn)超流體現(xiàn)象的溫度只有氦4的千分之一。愛因斯坦預言，原子氣體冷卻到非常低的溫度，所有原子會以最低能態(tài)凝聚，物質的這一狀態(tài)就被稱為玻色－愛因斯坦凝聚。玻愛凝聚態(tài)物質就是超導體和超流體，它實際是半量子態(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。外地核就是玻愛凝聚態(tài)的超流體物質，內地核則由中微子構成，都是高密度、大質量形態(tài)。
超流體是超低溫下具有奇特性質的理想流體，即流體內部完全沒有粘滯。超流體原理的應用尚在研究之中。不過，這一領域已經曙光初現(xiàn)。2002年，德科學家實現(xiàn)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年世界十大科技進展之一。
超流現(xiàn)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：
第二個，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；
第四個，在飛行的過程中探測地月空間環(huán)境狀況。
新發(fā)現(xiàn)的超流現(xiàn)象
同時具有玻色子和費米子性質的超流現(xiàn)象
在量子力學的世界中，經常能夠看到令人驚訝的新發(fā)現(xiàn)。例如，最近科學家們發(fā)現(xiàn)了一種新的超流，它具有非常奇特的性質，不能用其他的超流來解釋。這個發(fā)現(xiàn)是由美國華盛頓州西雅圖大學的Aurel Bulgac和Joaquin E. Drut與波蘭華沙技術大學的Piotr Magierski合作完成的，它為科學家們提供了一種新的同時具有費米子和玻色子性質的混合態(tài)超流。研究論文發(fā)表在3月10日的《Physical Review Letters》雜志上。
Bulgac說：“通過簡單的改變溫度，你就能把玻色子系統(tǒng)變成費米子系統(tǒng)。迄今為止，這個現(xiàn)象在其它任何系統(tǒng)中都不常見。”
使這種超流值得關注的原因是，它同時具有玻色子和費米子的性質。而物質一般要么是玻色子，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，它們的性質就很難改變。
與一般的普通超流不同
另一個值得關注的奇特現(xiàn)象是這種超流的熱力學性質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(tǒng)中，量子粒子之間的相互作用卻非常微弱。Bulgac說：“超流性質實際上是一種相互作用，這種相互作用很強，但是它不在熱力學性質中表現(xiàn)出來。我們知道這個新發(fā)現(xiàn)是超流，但是它的熱性質與其他超流不同?！?/span>
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