Anar al contingut

Heli-4 superfluit

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià

Heli-4 superfluit (heli II o He-II) és la forma superfluit del heli-4, l'isòtop més comú de l'element heli. La substància, que s'assembla a atres líquits com l'heli I (heli líquit convencional, no superfluit), fluïx sense fricció per qualsevol superfície, lo que li permet continuar circulant sobre obstrucció i a través de poros en els contenidors que ho contenen, subjecte sol a la seua pròpia inèrcia.[1]

La formació del superfluit és una manifestació de la formació d'un condensado de Bose-Einstein d'àtoms d'heli. Esta condensació ocorre en l'heli-4 líquit a una temperatura molt més alta (2.17 K) que en el heli-3 (2.5 mK) perque cada àtom d'heli-4 és una partícula bosón, en virtut de la seua espin zero. L'heli-3, no obstant, és una partícula fermión, que pot formar bosones solament al parearse en si mateixa a temperatures molt més baixes, en un procés més dèbil que és similar al pareo d'electrons en la superconductividad.[2]

Història

[editar | editar còdic]

Conegut com un aspecte principal en l'estudi de la hidrodinàmica quàntica i els fenomens quàntics macroscòpics, l'efecte de superfluidez va ser descobert per Pyotr Kapitsa,[3] John F. Allen i Don Misener[4] en 1937. Onnes possiblement va observar la transició de fase superfluida el 2 d'agost de 1911, el mateix dia que va observar la superconductividad en el mercuri.[5] Des de llavors ha segut descrit a través de teories fenomenológicas i microscòpiques.


En la década de 1950, Hall i Vinen varen realisar experiments que varen establir l'existència de llínees de vórtice cuantizado en l'heli superfluit.[6] En la década de 1960, Rayfield i Reif varen establir l'existència d'anells de vórtice cuantizados.[7] Packard ha observat l'intersecció de llínees de vórtice en la superfície lliure del decorregut,[8] i Avenel i Varoquaux han estudiat l'efecte Josephson en l'heli-4 superfluit.[9] En 2006, un grup en l'Universitat de Maryland va visualisar vórtices cuantizados utilisant chicotetes partícules trazadoras d'hidrogen sòlit.[10]

A principis de la década de 2000, els físics varen crear un condensado fermiónico a partir de parells d'àtoms fermiónicos ultrafríos. Baixe certes condicions, els parells de fermiones formen molècula diatómiques i experimenten condensació de Bose-Einstein. En l'atre llímit, els fermiones (més notablement electrons superconducutores) formen parells de Cooper que també exhibixen superfluidez. Este treball en gasos atòmics ultrafríos ha permés als científics estudiar la regió entre estos dos extrems, coneguda com el creuament BEC-BCS.


Els supersólidos també podrien haver segut descoberts en 2004 per físics de l'Universitat Estatal de Pennsilvània. Quan l'heli-4 es gela per baix d'aproximadament 200 mK baix altes pressions, una fracció (≈1%) del sòlit sembla tornar-se superfluit.[11][12] En gelar ràpidament o allargar el temps de recocido, aumentant o disminuint la densitat de defectes respectivament, es va mostrar, per mig d'experiment d'oscilador torsional, que la fracció supersólida podria variar des de 20% fins a completament inexistent. Açò va sugerir que la naturalea supersólida de l'heli-4 no és intrínseca a l'heli-4 sino una propietat de l'heli-4 i el desorde.[13][14] Algunes teories emergents postulen que la senyal supersólida observada en l'heli-4 va ser en realitat una observació d'un estat de supervidrio[15] o llímits de gra intrínsecament superfluits en el cristal d'heli-4.[16]

Aplicacions

[editar | editar còdic]

Recentment en el camp de la química, l'heli-4 superfluit s'ha utilisat en èxit en tècniques espectroscópicas com un dissolvent quàntic. Denominada espectroscopía de gotes d'heli superfluit (SHeDS), és de gran interés en estudis de molècules de gas, ya que una molècula única solvada en un mig superfluit permet que la molècula tinga llibertat rotacional efectiva, permetent-li comportar-se de manera similar a com ho faria en la fase «gaseosa». Les gotes d'heli superfluit també tenen una temperatura característica d'aproximadament 0.4 K que gela la(s) molècula(s) solvada(s) al seu estat rovibrónico fonamental o casi fonamental.

Els superfluits també s'utilisen en dispositius d'alta precisió com giróscopos, que permeten la medició d'alguns efectes gravitacionals teòricament predits (per eixemple, vore Gravity Probe B).


El Satèlit Astronòmic Infrarrojo IRAS, llançat en giner de 1983 per a recopilar senyes infrarrojos, va ser gelat per 73 quilograms d'heli superfluit, mantenint una temperatura de Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist.. Quan s'usa en conjunt en heli-3, temperatures tan baixes com 40 mK es conseguixen rutinariamente en experiments de temperatura extremadament baixa. L'heli-3, en estat líquit a 3.2 K, pot evaporar-se en l'heli-4 superfluit, a on actua com un gas per les propietats d'este últim com condensado de Bose-Einstein. Este evaporament extrau energia del sistema general, que pot bombejar-se d'una manera completament anàloga a les tècniques de refrigeració normals.

La tecnologia d'heli superfluit s'usa per a estendre el ranc de temperatura de crioenfriadores a temperatures més baixes. Fins ara, el llímit és 1.19 K, pero hi ha potencial per a alcançar 0.7 K.[17]


Referències

[editar | editar còdic]
  1. ↑ (2005) «Superfluidity», Encyclopedia of Condensed Matter Physics, Elsevier, pp. 128–133.
  2. ↑ «The Nobel Prize in Physics 1996 - Advanced Information». Nobel Foundation. Consultat el 11 d'agost de 2025.
  3. ↑ (1938).«Viscosity of Liquid Helium Below the λ-Point».Nature.141(3558)doi:10.1038/141074a0.
  4. ↑ (1938).«Flow of Liquid Helium II».Nature.142(3597)doi:10.1038/142643a0.
  5. ↑ «The discovery of superconductivity».Physics Today.63(9)
    38–43.ISSN 0031-9228.doi:10.1063/1.3490499.
  6. ↑ (1956).«The Rotation of Liquid Helium II. II. The Theory of Mutual Friction in Uniformly Rotating Helium II».Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences.238(1213)doi:10.1098/rspa.1956.0215.
  7. ↑ (1964).«Quantized Vortex Rings in Superfluid Helium».Physical Review.136(5A)
    A1194.doi:10.1103/PhysRev.136.A1194.
  8. ↑ (1982).«Vortex photography in liquid helium».Physica B.109–110
    1474–1484.doi:10.1016/0378-4363(82)90510-1.Consultat el 11 d'agost de 2025.
  9. ↑ (1985).«Observation of Singly Quantized Dissipation Events Obeying the Josephson Frequency Relation in the Critical Flow of Superfluid ^{4}He through an Aperture».Physical Review Letters.55(24)
    2704–2707.doi:10.1103/PhysRevLett.55.2704.
  10. ↑ (2006).«Superfluid helium: Visualization of quantized vortices».Nature.441(7093)doi:10.1038/441588a.
  11. ↑ Kim Eunseong|E. Kim and Moses H. W. Chan|M. H. W. Chan(2004).«Provable Observation of a Supersolid Helium Phase».Nature.427(6971)
    225–227.doi:10.1038/nature02220.
  12. ↑ Moses Chan's Research Group. "Supersolid." Penn State University, 2004.
  13. ↑ (2006).«Observation of Classical Rotational Inertia and Nonclassical Supersolid Signals in Solid 4 He below 250 mK».Phys. Rev. Lett..97(16)doi:10.1103/PhysRevLett.97.165301.
  14. ↑ (2007).«Disorder and the Supersolid State of Solid 4 He».Phys. Rev. Lett..98(17)doi:10.1103/PhysRevLett.98.175302.
  15. ↑ (2006).«Superglass Phase of 4 He».Phys. Rev. Lett..96(13)doi:10.1103/PhysRevLett.96.135301.
  16. ↑ (2007).«Superfuididty of Grain Boundaries in Solid 4 He».Phys. Rev. Lett..98(13)doi:10.1103/PhysRevLett.98.135301.
  17. ↑ (2004) «Superfluid Vortex Cooler», AIP Conference Proceedings (vol. 710), pp. 034911–1/8. doi:10.1063/1.1774894.
Obtingut de «https://www.lenciclopedia.org/w/index.php?title=Heli-4_superfluit&oldid=1006083»