ميوعة فائقة

الميوعة الفائقة هي خاصية مميزة لـ سائل بصفر لزوجة والذي يتدفق بالتالي دون فقدان الطاقة الحركية. عند التقليب ، يشكل السائل الفائق الميوعة دوامات تستمر في الدوران إلى حد غير نهائي. تحدث السوائل الفائقة في اثنين من نظير الهليوم (الهليوم 3 و الهليوم -4) عندما يتم تسويتهما بالتبريد إلى درجة حرارة منخفضة. إنها أيضًا خاصية لمختلف الحالات الغريبة الأخرى للمادة النظرية الموجودة في الفيزياء الفلكية ، فيزياء الطاقة العالية، ونظريات الجاذبية الكمية.^[1] غالبًا ما تكون السوائل الفائقة الميوعة متوافقة مع تكاثف بوز-أينشتاين ، لكن لا توجد ظاهرة مرتبطة مباشرة بالأخرى ؛ ليس كل تكاثفات بوز-أينشتاين يمكن اعتبارها سوائل فائقة الميوعة ، وليست كل السوائل الفائقة الميوعة عبارة عن تكاثف بوز-أينشتاين .^[2] تم تطوير النظرية شبه الظاهرية للسوائل الفائقة الميوعة بواسطة ليڤ لانداو.

الهيليوم الثاني سوف يتسلل على الأسطح من أجل إيجاد مستواه الخاص - بعد فترة قصيرة ، سوف تتساوى المستويات في الحاويتين. يغطي Rollin film أيضًا الجزء الداخلي للحاوية الكبيرة ؛ إذا لم تكن مختومة، فإن الهليوم الثاني سوف يتسلل وينبعث.

الهيليوم السائل في مرحلته الفائقة الميوعة. يزحف غشاء رقيق غير مرئي إلى أعلى الجدار الداخلي للكأس وأسفله من الخارج. مشكلاً قطرة. وسوف تسقط في الهيليوم السائل أدناه. سوف يتكرر هذا حتى يصبح الكوب فارغًا - بشرط بقاء السائل في حالته الفائقة الميوعة.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الميوعة الفائقة للهليوم السائل

تم أولاً اكتشاف الميوعة الفائقة في الهليوم السائل بواسطة پيوتر كاپيتسا و جون ف. ألن. ومنذ ذلك الحين تم وصفه من خلال الظواهر والنظريات المجهرية. في السائل الهليوم-4، تتشكل السوائل الفائقة الميوعة في درجات حرارة أعلى بكثير مما يحدث في الهليوم-3. كل ذرة من هيليوم-4 هي جسيم بوزون، بحكم عددها صحيح. ذرة الهيليوم-3 هي جسيم فرميون؛ يمكن أن تشكل البوزونات فقط من خلال الاقتران مع نفسها في درجات حرارة أقل بكثير. وكان اكتشاف الميوعة الفائقة في الهليوم 3 أساساً لجائزة جائزة نوبل في الفيزياء لسنة 1996.^[1] تشبه هذه العملية إقران الإلكترون في الموصلية الفائقة.

الغازات الذرية الفائقة البرودة

أثبت ولفگانگ كيترل وفريقه الذين لاحظوا دوامات الكم في ⁶Li عند درجة حرارة 50 nK في MIT في أپريل 2005.^[3]^[4] وقد سبق أن لوحظت هذه الدوامات في غازات بوسونيك بالغة البرودة باستخدام ⁸⁷Rb في 2000,^[5] و في الآونة الأخيرة في الغازات ثنائية الأبعاد.^[6] في وقت مبكر من عام 1999 قامت لين هاو بخلق مثل هذه التكاثفات باستخدام ذرات الصوديوم^[7] لغرض إبطاء الضوء ، وإيقافه بالكامل لاحقًا.^[8] بعد ذلك استخدم فريقها نظام الضوء المضغوط^[9]لتوليد التماثل الفائق الميوعة لموجات الصدمات والأعاصير:^[10]

تؤدي هذه التنشيطات المثيرة إلى تكوين كميات شبه جزيئية مننتشرة بشكل أمواج التي تتحول بدورها إلى دوامات الكم - التي تم إنشاؤها بعيدًا عن التوازن ، في أزواج من الدوران المعاكس - لتكشف مباشرةً عن عملية الانهيار في الميوعة الفائقة في تكاثف بوز - آينشتاين. من خلال الإعداد المزدوج للحواجز ، يمكننا توليد تصادمات محكومة بين أمواج تصادم مما ينتج عنه إثارات غير خطية غير متوقعة تمامًا. لقد لاحظنا تراكيب هجينة تتكون من حلقات دوامة مدمجة في هياكل صلبة داكنة. حلقات الدوامة بمثابة "مراوح وهمية" مما يؤدي إلى حركات مثارة واسعة جدا.
— لين هاو، SIAM مؤتمر حول الأمواج غير الخطية والهياكل المتماسكة

الميوعة الفائقة في الفيزياء الفلكية

تم اقتراح فكرة وجود فائض في داخل نجم نيوتروني لأول مرة من قبل أركادي مجدال.^[11]^[12]عن طريق القياس مع الإلكترونات الموجودة في الموصلات الفائقة أزواج كوپر بسبب تفاعل الشبكة الإلكترونية ، من المتوقع أن النكليونات في النجم النيوتروني بكثافة عالية كافية ودرجة حرارة منخفضة يمكن أن تتشكل أيضًا أزواج كوپر بسبب القوة النووية ذات الجاذبية بعيدة المدى وتؤدي إلى ميوعة فائقة و موصلية فائقة.^[13]

في فيزياء الطاقة العالية والجاذبية الكمومية

نظرية الفراغ الفائق السوائل (SVT) هي مقاربة في الفيزياء النظرية و ميكانيكا الكم حيث يُنظر إلى الفيزياء الفراغ على أنها فائقة الميوعة.

الهدف النهائي من هذا النهج هو تطوير نماذج علمية توحد ميكانيكا الكم (تصف ثلاثة من التفاعلات الأساسية الأربعة المعروفة) مع الجاذبية. هذا يجعل SVT مرشحًا لنظرية الجاذبية الكمية وامتدادًا لـ موديل قياسي.

من المأمول أن تتطور هذه النظرية إلى نموذج واحد ثابت لجميع التفاعلات الأساسية ، ووصف جميع التفاعلات المعروفة والجزيئات الأولية بأنها مظاهر مختلفة لنفس الكيان، فراغ فائق الميوعة.

على نطاق واسع تم اقتراح ظاهرة مماثلة أكبر كما يحدث في murmurations الزرزور. فسرعة التغيير في أنماط الطيران تحاكي تغير الطور الذي يؤدي إلى زيادة الميوعة في بعض الحالات السائلة.^[14]

للاستزادة

المراجع

^ ^أ ^ب "The Nobel Prize in Physics 1996 - Advanced Information". www.nobelprize.org. Retrieved 2017-02-10.
^ Minkel, JR. "Strange but True: Superfluid Helium Can Climb Walls". Scientific American (in الإنجليزية). Retrieved 2017-02-10.
^ "MIT physicists create new form of matter". Retrieved November 22, 2010.
^ Grimm, R. (2005). "Low-temperature physics: A quantum revolution". Nature. 435 (7045): 1035–1036. Bibcode:2005Natur.435.1035G. doi:10.1038/4351035a. PMID 15973388.
^ Madison, K.; Chevy, F.; Wohlleben, W.; Dalibard, J. (2000). "Vortex Formation in a Stirred Bose-Einstein Condensate". Physical Review Letters. 84 (5): 806–809. arXiv:cond-mat/9912015. Bibcode:2000PhRvL..84..806M. doi:10.1103/PhysRevLett.84.806. PMID 11017378.
^ Burnett, K. (2007). "Atomic physics: Cold gases venture into Flatland". Nature Physics. 3 (9): 589. Bibcode:2007NatPh...3..589B. doi:10.1038/nphys704.
^ Hau, L. V.; Harris, S. E.; Dutton, Z.; Behroozi, C. H. (1999). "Light speed reduction to 17 metres per second in an ultracold atomic gas". Nature. 397 (6720): 594–598. Bibcode:1999Natur.397..594V. doi:10.1038/17561.
^ "Lene Hau". Physicscentral.com. Retrieved 2013-02-10.
^ Lene Vestergaard Hau (2003). "Frozen Light" (PDF). Scientific American: 44–51.
^ Hau, Lene (September 9–12, 2006). "Shocking Bose-Einstein Condensates with Slow Light". Society for Industrial and Applied Mathematics.
^ A. B. Migdal (1959). "Superfluidity and the moments of inertia of nuclei". Nucl. Phys. 13 (5): 655–674. Bibcode:1959NucPh..13..655M. doi:10.1016/0029-5582(59)90264-0.
^ A. B. Migdal (1960). "Superfluidity and the Moments of Inertia of Nuclei". Soviet Phys. JETP (in الإنجليزية). 10: 176.
^ U. Lombardo; H.-J. Schulze (2001). "Superfluidity in Neutron Star Matter". Physics of Neutron Star Interiors. Lecture Notes in Physics. Vol. 578. pp. 30–53. arXiv:astro-ph/0012209. doi:10.1007/3-540-44578-1_2. ISBN 978-3-540-42340-9. {{cite book}}: Unknown parameter |last-author-amp= ignored (|name-list-style= suggested) (help)
^ Attanasi, A.; Cavagna, A.; Del Castello, L.; Giardina, I.; Grigera, T. S.; Jelić, A.; Melillo, S.; Parisi, L.; Pohl, O.; Shen, E.; Viale, M. (2014). "Information transfer and behavioural inertia in starling flocks". Nature Physics. 10 (9): 615–698. arXiv:1303.7097. Bibcode:2014NatPh..10..691A. doi:10.1038/nphys3035. PMC 4173114. PMID 25264452.

قراءة متعمقة

Annett, James F. (2005). Superconductivity, superfluids, and condensates. Oxford: Oxford Univ. Press. ISBN 978-0-19-850756-7.
Guénault, Antony M. (2003). Basic superfluids. London: Taylor & Francis. ISBN 0-7484-0891-6.
Svistunov, B. V., Babaev E. S., Prokof'ev N. V. Superfluid States of Matter
Volovik, G. E. (2003). The Universe in a helium droplet. Int. Ser. Monogr. Phys. Vol. 117. pp. 1–507. ISBN 978-0-19-850782-6.

روابط خارجية

Media related to Superfluidity at Wikimedia Commons

الكلمات الدالة:

[:0-1] أ ^ب "The Nobel Prize in Physics 1996 - Advanced Information". www.nobelprize.org. Retrieved 2017-02-10.

[2] Minkel, JR. "Strange but True: Superfluid Helium Can Climb Walls". Scientific American (in الإنجليزية). Retrieved 2017-02-10.

[3] "MIT physicists create new form of matter". Retrieved November 22, 2010.

[4] Grimm, R. (2005). "Low-temperature physics: A quantum revolution". Nature. 435 (7045): 1035–1036. Bibcode:2005Natur.435.1035G. doi:10.1038/4351035a. PMID 15973388.

[5] Madison, K.; Chevy, F.; Wohlleben, W.; Dalibard, J. (2000). "Vortex Formation in a Stirred Bose-Einstein Condensate". Physical Review Letters. 84 (5): 806–809. arXiv:cond-mat/9912015. Bibcode:2000PhRvL..84..806M. doi:10.1103/PhysRevLett.84.806. PMID 11017378.

[6] Burnett, K. (2007). "Atomic physics: Cold gases venture into Flatland". Nature Physics. 3 (9): 589. Bibcode:2007NatPh...3..589B. doi:10.1038/nphys704.

[7] Hau, L. V.; Harris, S. E.; Dutton, Z.; Behroozi, C. H. (1999). "Light speed reduction to 17 metres per second in an ultracold atomic gas". Nature. 397 (6720): 594–598. Bibcode:1999Natur.397..594V. doi:10.1038/17561.

[8] "Lene Hau". Physicscentral.com. Retrieved 2013-02-10.

[9] Lene Vestergaard Hau (2003). "Frozen Light" (PDF). Scientific American: 44–51.

[10] Hau, Lene (September 9–12, 2006). "Shocking Bose-Einstein Condensates with Slow Light". Society for Industrial and Applied Mathematics.

[11] A. B. Migdal (1959). "Superfluidity and the moments of inertia of nuclei". Nucl. Phys. 13 (5): 655–674. Bibcode:1959NucPh..13..655M. doi:10.1016/0029-5582(59)90264-0.

[12] A. B. Migdal (1960). "Superfluidity and the Moments of Inertia of Nuclei". Soviet Phys. JETP (in الإنجليزية). 10: 176.

[13] U. Lombardo; H.-J. Schulze (2001). "Superfluidity in Neutron Star Matter". Physics of Neutron Star Interiors. Lecture Notes in Physics. Vol. 578. pp. 30–53. arXiv:astro-ph/0012209. doi:10.1007/3-540-44578-1_2. ISBN 978-3-540-42340-9. {{cite book}}: Unknown parameter |last-author-amp= ignored (|name-list-style= suggested) (help)

[14] Attanasi, A.; Cavagna, A.; Del Castello, L.; Giardina, I.; Grigera, T. S.; Jelić, A.; Melillo, S.; Parisi, L.; Pohl, O.; Shen, E.; Viale, M. (2014). "Information transfer and behavioural inertia in starling flocks". Nature Physics. 10 (9): 615–698. arXiv:1303.7097. Bibcode:2014NatPh..10..691A. doi:10.1038/nphys3035. PMC 4173114. PMID 25264452.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]