Предлогаю статью А. Ф. Андреева посвещёную той-же теме.
Некоторые современные взгляды и новости :
Фонтанный эффект. Свойства течения сверхтекучей компоненты необычны, потому что такое течение может быть вызвано не только разностью давлений, но и разностью температур (обычная жидкость течет только вследствие разности давлений). Если погрузить в жидкий гелий электронагреватель, то сверхтекучая компонента потечет к нагреваемой области, а нормальная – к холодной в соответствии с законом сохранения масс. На этом основан впечатляющий эффект, называемый фонтанным. Конец тонкой трубки, набитой очень мелким порошком, опускают в жидкий гелий. Если с помощью электронагревателя нагревать жидкость в трубке, то сверхтекучая компонента потечет внутри трубки, а нормальная вязкая жидкость не сможет течь из-за сопротивления, создаваемого порошком. В результате уровень жидкости внутри трубки повышается и, если продолжать нагрев, жидкость будет бить фонтаном из верхнего конца трубки. Эффект весьма значителен: разность температур в несколько сотых кельвина может создать фонтан до метра высотой.
Квантовые эффекты. Необычные свойства сверхтекучей компоненты объясняются тем, что большая часть атомов гелия движется когерентной группой, а не независимо, как атомы любого другого вещества. Наибольшее впечатление эти квантовые эффекты производят, если привести во вращение контейнер с жидким гелием. Вместо того чтобы вращаться вместе с контейнером, как обычная жидкость, сверхтекучая жидкость превращается в сплетение мелких водоворотов, которые называются квантованными вихрями. Картина течения в каждом таком вихре подобна картине течения в смерче, но в гелии скорость потока определяется постоянной Планка, фундаментальной константой квантовой механики. Существование этих квантованных вихрей во вращающемся гелии было предсказано в 1950 Л.Онсагером и Р.Фейнманом и подтверждено множеством экспериментов. В 1974 были получены первые фотографии квантованных вихрей. Это оказалось возможным благодаря захвату электронов ядром вихря (подобно тому как камни и обломки втягиваются в центр смерча). Захваченные электроны, создающие изображение на люминофорном экране, отмечают положение каждого вихря и наглядно свидетельствуют о макроскопической квантовой природе сверхтекучей жидкости.
|
|
|
Фазовые переходы в сверхтекучей жидкости. Уменьшение плотности сверхтекучей жидкости до нуля при температуре 2,17 К и острый пик теплоемкости в этой же точке указывают на то, что при переходе сверхтекучей жидкости в нормальную происходит термодинамический фазовый переход. В своих ранних статьях Онсагер и Фейнман высказывали мнение, что механизм квантованных вихрей может лежать в основе этого фазового перехода, но ни тот, ни другой не проводил расчетов, чтобы подтвердить свою догадку. Только в 1987 математическая теория фазового перехода показала, что их мысль была верна. В этой теории увеличение тепловой энергии жидкости приводит к образованию вихревых витков, подобных кольцам дыма, которые пускают курильщики. При температуре значительно ниже 2,17 К возбуждаются только очень малые вихри, диаметром в несколько ангстрем. Эти вихри, соответствующие нормальной компоненте двухжидкостной модели Ландау, оказывают сопротивление сверхтекучей жидкости, но, будучи очень малыми, они лишь частично уменьшают ее плотность. При повышении температуры образуются вихри все больших и больших размеров. При 2,17 К вихри приобретают размеры, ограниченные только размерами сосуда; это приводит к тому, что плотность сверхтекучей жидкости обращается в нуль и гелий становится нормальной жидкостью.
|
|
|
Последствия сверхтекучести; Жидкость, обладающая сверхтекучестью - не просто жидкость, которая ведет себяпредпочтительно по законам квантовой, а не классической физики. Это специфическая субстанция - так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна, в котором атомы движутся ?в связке|. Они еще не заперты в узлах кристаллической решетки, как у твердого тела, но уже не имеют вольности перемещений, свойственной атомам классической жидкости. Сверхтекучесть достигается при охлаждении до сверхнизких температур. Однако, почти все жидкости переходят в твердое состояние, не достигая фазы сверхтекучести. А вот жидкий гелий, кроме сверхтекучести, демонстрирует и другие необычные качества такой субстанции.Еще в 1963 году физиком Кембриджского Университета Брайаном Джозефсоном (Brian Josephson) было предсказано явление собственных колебаний сверхтекучей жидкости в канале, соединяющем две содержащие ее емкости. Обнаружить это явление удалось только в 1997 году. Группа физиков Калифорнийского Университета - Richard Packard and Seamus Davis (University of California, Berkeley) - с помощью оригинальных изобретений сумела подтвердить новое открытие.Выходным устройством при контроле собственных колебаний сверхтекучего гелия послужил набор наушников. По словам физиков, они услышали что-то похожее на свист падающей бомбы. По расчетам теоретика (Джозефсона) сверхтекучая жидкость ? должна дрожать| при небольшом различии давлений в емкостях и достаточно малом сечении соединительного канала. Для изотопа гелия-4 расчетный диаметр такого сечения - 0.1 нанометра (что технически нереально), для гелия-3 - в 500 раз больше (что близко к реальности). Для усиления уровня выходного сигнала исследователи выполнили 4225 одинаковых отверстий в кремниевой пластине. Разность давлений создали, подавая импульс напряжения на гибкую мембрану камеры с жидкостью. Сигнал сверхчувствительного датчика выводился на осциллоскоп. Изменение частоты при этом явлении происходит очень медленно. Поэтому, на экране осциллоскопа не заметно каких-либо особенностей вроде всплесков регистрируемой частоты. И прежние многолетние попытки регистрации собственных колебаний ?сверхтекучки| посредством стандартного способа контроля не дали результатов. И только, когда Packard не только подкинул идею с наушниками, но и принес их в лабораторию, потратив собственные $50, медленное понижение частоты колебаний стало явным. Ведь, человеческое ухо способно воспринимать медленное изменение частоты звукового сигнала.Но, Пакард есть Пакард. Теперь его команда реализует применение открытого эффекта в гироскопии. У них уже есть гироскоп на гелии-4, контролирующий изменения скорости врашения Земли с точностью 0.5%. На гелии-3 с открытым ими ?эффектом свистка| исследователи надеются достичь большего. Такие гироскопы используют тенденцию сверхтекучей жидкости к сохранению покоя. А более конкретно, к сохранению нулевого момента количества движения. Если раскручивать часть жидкости в одном направлении, другая ее часть будет вращаться в противоположном. При определенной скорости жидкость сбрасывает избыток энергии за счет возникновения завихрений, которые регистрируются датчиком гироскопической системы.В гироскопе Пакарда, использующем гелий-4, перемещение сверхтекучей жидкости, вызванное вращением, порождает компенсационный противоток через мелкое отверстие. Медленное вращение гироскопа, помещенного в криостат, складывается с вращением Земли. Момент времени, в который появляется вихрь, изменяется из-за влияния вращения Земли, которое и должен ?чувствовать| гироскоп. Пакард задумал и гироскоп, основанный не на принципе контроля изменения момента появления завихрений, а на эффекте квантовой интерференции - то есть на ?эффекте свистка|. Однако, для этого нужен гелий-3, который требует значительно большего охлаждения, чем гелий-4, что пока технически малореально.Для чего нужны суперточные гироскопы? Авиация и подводный флот применяют кольцевые лазерные гироскопы, в которых вращающийся луч используется для контроля изменений в положении и ориентации. Они и так обладают достаточной точностью. Группа Пакарда предполагает проверить с помощью сверхочных гироскопов одно из положений общей теории относительности Эйнштейна. При такой проверке любую достигнутую точность нельзя признать сверхдостаточной.В соотвествии с ОТО в абсолютно инерциальной системе координат тело, находящееся в состоянии покоя, должно сохранять его. Гироскоп, установленный на Земле, может выявить степень ее вращения относительно такой системы координат. ?Та же ли это система, в которой хранят свой покой далекие звезды ? Вот в чем вопрос", - амечает Packard. "Общая теория относительности отвечает на него отрицательно.|ОТО Эйнштейна учитывает влияние гравитации и утверждает, что вращающаяся Земля вызывает изменения в инерциальной системе координат, расположенного вблизи нее тела. Для проверки этого положения, перемещая вблизи Земли сверхчувствительный гироскоп, по его показаниям можно определять абсолютно инерциальную систему координат. Соединяя гироскоп с телескопом, наведенным на отдаленную звезду, нужно выяснить: перемещается ли эта звезда относительно инерциальной системы координат, как это выявляет гироскоп, установленный на Земле.Для таких измерений требуется невероятная точность. Но, Пакард есть Пакард. Он умеет использовать фокусы, которые выкидывает этот сюрреалистический гелий Источник информации:
|
|
|
|
|
|
Сверхтекучесть в квантовых ямах
Теория предсказывает образование сверхтекучего состояния в системе двух соседних квантовых ям, одна из которых заполнена электронами, а другая - дырками. Спаривание электронов и дырок происходит вследствие сильного кулоновского взаимодействия. Но как наблюдать этот эффект, даже если он есть? Прямое наблюдение затруднительно. Американский физик B.Y.-K. Hu придумал, как в этом убедиться косвенным образом. Предлагается измерять эффект увлечения. Для этого прикладывают напряжение к одной квантовой яме, а ток измеряют в другой. В некогерентном режиме увлечения, когда носители в соседних ямах хаотически рассеиваются друг на друге, ток увлечения невелик по сравнению с основным током. Автор показывает, что в сверхтекучем состоянии эти токи сравниваются.
Свехтекучестьи сверхпроводимость Поскольку момент импульса электрона на витках винтовой траектории не может меняться - он или есть, или его нет, то при сверхнизких температурах (или в условиях лишения электрона его момента импульса) мы должны наблюдать скачкообразное изменение свойств веществ так или иначе связанных с наличием свободных электронов. При нормальных температурах таких эффектов можно достичь, лишая электроны возможности двигаться по винтовой линии, например, в сверхтонких проводниках, радиус которых значительно меньше длины волны де Бройля электрона при данной температуре. Примером такой сверхпроводящей рамки с током служит молекула бензола.Сверхтекучесть и сверхпроводимость с точки зрения новой физики имеют одну и туже причину - утрату частицами момента количества движения по виткам винтовой траектории. В первом случае - это потеря момента атомами гелия, а во втором - электронами (= 0). Вся проблема в том, кому передать этот момент.Атомы гелия передают его атомам стенок сосуда в котором находится жидкий гелий, поэтому наблюдается фазовый переход второго рода и в жидком гелии находятся как бы две жидкости у которых движение атомов принципиально различно. В гелии I они движутся по отрезкам винтовых линий, а в гелии II - по прямой. Таким образом, не противореча наиболее адекватной опытам двухжидкостной модели сверхтекучести современной физики, новая физика делает те же выводы не привлекая официальную квантовую механику. Переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние не сопровождается тепловым эффектом (фазовый переход второго рода или l-переход), т.к. при потере атомом гелия момента импульса на винтовой траектории данный атом становится "холодным", но его энергия передается соседним атомам и в целом теплового эффекта не наблюдается из-за закона сохранения энергии. Однако, поскольку гелий в состоянии сверхтекучести представляет собой смесь "холодной" (с отсутствием у атомов момента импульса) и "горячей" (с сохранившимся у атомов моментом импульса) жидкости, то наблюдается механокалорический эффект. При вытекании HeII из сосуда через узкий капилляр в сосуде повышается температура и, наоборот, в месте втекания HeII из капилляра в другой сосуд происходит охлаждение. При переходе гелия в сверхтекучее состояние, его теплопроводность увеличивается, примерно, в 106 раз и механизм теплопроводности отличается от обычного по многим признакам. Этот эффект также очевиден: атомы лишенные момента импульса подобны электронам сверхпроводимости. Изложенная причина сверхтекучести гелия дает возможность влиять на этот эффект добавками в жидкий гелий молекул, которые в целом или их части не прочь заполучить момент количества движения атомов гелия. Очевидно, что получить эффект сверхтекучести при нормальных температурах невозможно, т.к. потенциальные приемники момента импульса не столько отбирают его у атомов, сколько награждают им. По-видимому, только пропусканием атомов сквозь каналы, поперечник которых заведомо меньше диаметра винтовой траектории можно добиться каких-то успехов. То же касается и сверхпроводимости в случае движения заряженных частиц. В этой связи есть смысл выдвинуть гипотезу, согласно которой в биологических объектах за долговременную память ответственны замкнутые электрические токи сверхпроводимости, реализуемые при нормальных температурах в молекулярных каналах. Для 3He связь между атомами сильнее, чем связь между атомами 4He за счет нескомпенсированного магнитного момента атомов, поэтому потеря момента импульса атомами 3He затруднена, т.к. им приходится взаимодействовать сразу со многими соседями с большой эффективной массой (по измерениям теплоемкости mэф=3,1m). Поэтому температура перехода 3He в сверхтекучее состояние ниже (0,010К), чем у 4He (2,10К). Для объяснения сверхтекучести 3He официальная физика прибегает к образованию куперовских пар уже из атомов 3He, считая их фермионами. Очевидно, что при образовании куперовских пар система в целом переходит в более выгодное энергетическое состояние и этот процесс должен сопровождаться выделением тепла, т.е. должен наблюдаться фазовый переход первого рода, что не соответствует экспериментальным данным. Электроны передают свой момент дефектам кристаллической решетки или атомам “примеси”, а также атомам основной кристаллической решетки, если больше нет ничего подходящего. Поэтому температура перехода в сверхпроводящее состояние монокристаллов чистых элементов очень мала.[1] С точки зрения ортодоксальной физики переквалификация электронов из индивидуалистов-фермионов (= 1/2) в колхозников-бозонов (= 0) совершенно невозможна в то время, как новая физика считает, что неразличимые по моменту импульса электроны (у всех = 1) стали различимы (часть имеют =1, а часть = 0), т.е. состояние “электронного газа” при сверхпроводимости подобно двухжидкостной модели сверхтекучести.
Список использованных ресурсов:
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 153; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!