السيولة الفائقة

الموسوعة الحرة
سوف "يزحف" الهيليوم II على الأسطح من أجل العثور على مستواه الخاص - بعد فترة قصيرة، سوف تتساوى المستويات في الحاويتين. كما يغطي فيلم رولين الجزء الداخلي للحاوية الأكبر؛ إذا لم يكن محكم الغلق، فسوف يزحف الهيليوم II ويهرب.
يوجد الهيليوم السائل في طور السيولة الفائقة. تزحف طبقة رقيقة غير مرئية على طول الجدار الداخلي للوعاء ثم تنزل إلى الخارج. تتشكل قطرة. سوف تسقط في الهيليوم السائل الموجود بالأسفل. سيتكرر هذا حتى يفرغ الكوب - بشرط أن يظل السائل في طور السيولة الفائقة.
فيزياء المادة المكثفة
حالات المادة
ظواهر الطور
المراحل الالكترونية
الظواهر الالكترونية
المراحل المغناطيسية
شبه الجسيمات
مادة ناعمة
العلماء
  • رمز بوابة الفيزياء
  •  فئة
  • ف
  • ت
  • هـ

السيولة الفائقة هي الخاصية المميزة للسائل ذو اللزوجة الصفرية والذي يتدفق بالتالي دون أي فقدان للطاقة الحركية . عند التحريك، يشكل السائل الفائق دوامات تستمر في الدوران إلى ما لا نهاية. تحدث السيولة الفائقة في نظيرين للهيليوم ( الهيليوم-3 والهيليوم -4 ) عندما يتم تسييلهما عن طريق التبريد إلى درجات حرارة منخفضة للغاية . إنها أيضًا خاصية للعديد من الحالات الغريبة الأخرى للمادة التي يُنظر إليها على أنها موجودة في الفيزياء الفلكية وفيزياء الطاقة العالية ونظريات الجاذبية الكمومية . [1] تم تطوير نظرية السيولة الفائقة من قبل الفيزيائيين النظريين السوفييت ليف لاندو وإسحاق خالاتنيكوف .

غالبًا ما تتزامن السيولة الفائقة مع تكاثف بوز-أينشتاين ، ولكن لا ترتبط أي من الظاهرتين بالأخرى بشكل مباشر؛ لا يمكن اعتبار جميع تكاثفات بوز-أينشتاين موائع فائقة، ولا تعد جميع الموائع الفائقة تكاثفات بوز-أينشتاين. [2] تتمتع الموائع الفائقة ببعض الاستخدامات العملية المحتملة، مثل إذابة المواد في مذيب كمي .

سيولة الهيليوم السائل

تم اكتشاف السيولة الفائقة في الهيليوم-4 بواسطة بيوتر كابيتسا [3] وبشكل مستقل بواسطة جون إف ألين ودون ميسينر [4] في عام 1937. ربما لاحظ أونز انتقال طور السيولة الفائقة في 2 أغسطس 1911، وهو نفس اليوم الذي لاحظ فيه الموصلية الفائقة في الزئبق. [5] وقد تم وصفها منذ ذلك الحين من خلال الظواهر والنظريات المجهرية.

في الهيليوم-4 السائل، تحدث السيولة الفائقة عند درجات حرارة أعلى بكثير مما يحدث في الهيليوم-3 . كل ذرة من الهيليوم-4 هي جسيم بوزون ، بحكم دورانها الصحيح . ذرة الهيليوم-3 هي جسيم فرميوني ؛ يمكنها تكوين بوزونات فقط عن طريق الاقتران بجسيم آخر مثلها، والذي يحدث عند درجات حرارة أقل بكثير. كان اكتشاف السيولة الفائقة في الهيليوم-3 هو الأساس لمنح جائزة نوبل في الفيزياء عام 1996. [1] هذه العملية تشبه اقتران الإلكترون في الموصلية الفائقة .

الغازات الذرية الباردة == أثبت فولفجانج كيتيرل وفريقه تجريبيًا السيولة الفائقة في غاز فرميوني فائق البرودة ، حيث لاحظوا الدوامات الكمومية في الليثيوم 6 عند درجة حرارة 50 نانوكلفن في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في أبريل 2005. [6] [7] وقد لوحظت مثل هذه الدوامات سابقًا في غاز بوزوني فائق البرودة باستخدام الروبيديوم 87 في عام 2000، [8] ومؤخرًا في الغازات ثنائية الأبعاد . [9] في وقت مبكر من عام 1999، أنشأت لين هاو مثل هذا المكثف باستخدام ذرات الصوديوم [10] لغرض إبطاء الضوء، وإيقافه تمامًا لاحقًا. [11] استخدم فريقها لاحقًا نظام الضوء المضغوط [12] لتوليد نظير السيولة الفائقة لموجات الصدمة والأعاصير: [13]

وتؤدي هذه الإثارات الدرامية إلى تكوين موجات انعزالية تتحلل بدورها إلى دوامات كمية ــ تنشأ بعيداً عن التوازن، في أزواج من الدورة المعاكسة ــ وتكشف بشكل مباشر عن عملية تحلل السوائل الفائقة في تكاثفات بوز-أينشتاين. وباستخدام إعداد مزدوج للضوء والحاجز، يمكننا توليد تصادمات محكومة بين موجات الصدمة مما يؤدي إلى إثارات غير متوقعة وغير خطية على الإطلاق. وقد لاحظنا هياكل هجينة تتكون من حلقات دوامية مدمجة في قشور انعزالية داكنة. وتعمل حلقات الدوامة كـ "مراوح شبحية" تؤدي إلى ديناميكيات إثارة غنية للغاية.

—  لين هاو، مؤتمر SIAM حول الموجات غير الخطية والهياكل المتماسكة

الموائع الفائقة في الفيزياء الفلكية

تم اقتراح فكرة وجود السيولة الفائقة داخل النجوم النيوترونية لأول مرة بواسطة أركادي ميجدال . [14] [15] من خلال القياس مع الإلكترونات داخل الموصلات الفائقة التي تشكل أزواج كوبر بسبب تفاعل الإلكترون والشبكة، فمن المتوقع أن النيوكليونات في النجم النيوتروني عند كثافة عالية بدرجة كافية ودرجة حرارة منخفضة يمكن أن تشكل أيضًا أزواج كوبر بسبب القوة النووية الجاذبة طويلة المدى وتؤدي إلى السيولة الفائقة والموصلية الفائقة. [16]

في فيزياء الطاقة العالية والجاذبية الكمومية

نظرية الفراغ الفائق المائع (SVT) هي نهج في الفيزياء النظرية وميكانيكا الكم حيث يُنظر إلى الفراغ الفيزيائي على أنه مائع فائق. [ بحاجة لمصدر ]

الهدف النهائي لهذا النهج هو تطوير نماذج علمية توحد ميكانيكا الكم (التي تصف ثلاثة من التفاعلات الأساسية الأربعة المعروفة) مع الجاذبية . وهذا يجعل SVT مرشحًا لنظرية الجاذبية الكمومية وامتدادًا للنموذج القياسي . [ بحاجة لمصدر ]

ومن المأمول أن يؤدي تطوير مثل هذه النظرية إلى توحيد نموذج واحد متسق لجميع التفاعلات الأساسية، ووصف جميع التفاعلات والجسيمات الأولية المعروفة كمظاهر مختلفة لنفس الكيان، الفراغ الفائق السيولة. [ بحاجة لمصدر ]

على المستوى الكلي، تم اقتراح حدوث ظاهرة مماثلة أكبر في همهمة الزرزور . تحاكي سرعة التغير في أنماط الطيران تغير الطور الذي يؤدي إلى السيولة الفائقة في بعض الحالات السائلة. [17]

يتصرف الضوء مثل المائع الفائق في تطبيقات مختلفة مثل بقعة بواسون . وكما هو الحال في الهيليوم السائل الموضح أعلاه، فإن الضوء يسافر على طول سطح العائق قبل أن يستمر على طول مساره. ونظرًا لأن الضوء لا يتأثر بالجاذبية المحلية، فإن "مستواه" يصبح مساره وسرعته الخاصة. ومثال آخر على ذلك هو كيف يسافر شعاع الضوء عبر ثقب فتحة وعلى طول ظهرها قبل الانعراج. [ بحاجة لمصدر ]

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ ab "جائزة نوبل في الفيزياء 1996 – معلومات متقدمة". www.nobelprize.org . تم الاسترجاع في 2017-02-10 .
  2. ^ ليو، جيري ز. (2021)، السوائل الفائقة ليست سوائل (PDF) ، جامعة ستانفورد ، تم استرجاعه في 15 نوفمبر 2024
  3. ^ كابيتزا، ب. (1938). "لزوجة الهيليوم السائل تحت نقطة λ". نيتشر . 141 (3558): 74. رمز Bibcode :1938Natur.141...74K. doi : 10.1038/141074a0 . S2CID  3997900.
  4. ^ Allen, JF; Misener, AD (1938). "Flow of Liquid Helium II". Nature . 142 (3597): 643. Bibcode :1938Natur.142..643A. doi :10.1038/142643a0. S2CID  4135906.
  5. ^ فان دلفت، ديرك؛ كيس، بيتر (2010-09-01). "اكتشاف الموصلية الفائقة". فيزياء اليوم . 63 (9): 38-43. رمز Bibcode :2010PhT....63i..38V. doi : 10.1063/1.3490499 . ISSN  0031-9228.
  6. ^ "فيزيائيون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يبتكرون شكلاً جديدًا للمادة". mit.edu . 22 يونيو 2005. تم الاسترجاع في 22 نوفمبر 2010 .
  7. ^ جريم، ر. (2005). "فيزياء درجات الحرارة المنخفضة: ثورة كمية". نيتشر . 435 (7045): 1035-1036. رمز Bibcode :2005Natur.435.1035G. doi : 10.1038/4351035a . PMID  15973388. S2CID  7262637.
  8. ^ ماديسون، ك.؛ تشيفي، ف.؛ ووليبن، و.؛ داليبارد، ج. (2000). "تكوين الدوامات في تكاثف بوز-أينشتاين المخلوط". رسائل المراجعة الفيزيائية . 84 (5): 806-809. arXiv : cond-mat/9912015 . رمز Bibcode : 2000PhRvL..84..806M. doi : 10.1103/PhysRevLett.84.806. PMID  11017378. S2CID  9128694.
  9. ^ بورنيت، ك. (2007). "الفيزياء الذرية: الغازات الباردة تغامر بالدخول إلى الأرض المسطحة". فيزياء الطبيعة . 3 (9): 589. رمز Bibcode :2007NatPh...3..589B. doi : 10.1038/nphys704 .
  10. ^ هاو، إل في؛ هاريس، إس إي؛ داتون، ز؛ بهروزي، سي إتش (1999). "انخفاض سرعة الضوء إلى 17 مترًا في الثانية في غاز ذري فائق البرودة". نيتشر . 397 (6720): 594-598. رمز Bibcode :1999Natur.397..594V. doi :10.1038/17561. S2CID  4423307.
  11. ^ "Lene Hau". Physicscentral.com . تم الاسترجاع في 2013-02-10 .
  12. ^ هاو ، لين فيستيرجارد (2003). “الضوء المتجمد” (PDF) . ساينتفيك أمريكان : 44-51.
  13. ^ هاو، لين (9-12 سبتمبر 2006). "تكاثفات بوز-أينشتاين المذهلة باستخدام الضوء البطيء". SIAM.org . جمعية الرياضيات الصناعية والتطبيقية.
  14. ^ AB Migdal (1959). "الميوعة الفائقة وعزم القصور الذاتي للنواة". Nucl. Phys . 13 (5): 655-674. Bibcode :1959NucPh..13..655M. doi :10.1016/0029-5582(59)90264-0.
  15. ^ AB Migdal (1960). "الميوعة الفائقة ولحظات القصور الذاتي للنوى". Soviet Phys. JETP . 10 (5): 176. Bibcode :1959NucPh..13..655M. doi :10.1016/0029-5582(59)90264-0.
  16. ^ U. Lombardo & H.-J. Schulze (2001). "السيولة الفائقة في مادة النجم النيوتروني". فيزياء داخل النجم النيوتروني . محاضرات في الفيزياء. المجلد 578. ص 30-53. arXiv : astro-ph/0012209 . doi :10.1007/3-540-44578-1_2. ISBN 978-3-540-42340-9. S2CID  586149.
  17. ^ أتاناسي، أ. كافاجنا، أ.؛ ديل كاستيلو، L.؛ جياردينا، أنا. جريجيرا، تي إس؛ جيليتش، أ.؛ ميليلو، س. باريسي، ل.؛ بوهل، O.؛ شين، E.؛ فيالي، م. (2014). “نقل المعلومات والجمود السلوكي في قطعان الزرزور”. فيزياء الطبيعة . 10 (9): 615-698. أرخايف : 1303.7097 . بيب كود :2014NatPh..10..691A. دوى :10.1038/nphys3035. بمك 4173114 . بميد  25264452. 

قراءة إضافية

  • خالاتنيكوف، إسحاق م. (2018). مقدمة لنظرية السيولة الفائقة. دار نشر سي آر سي. رقم ISBN 978-0-42-997144-0.
  • آنيت، جيمس ف. (2005). الموصلية الفائقة، والسوائل الفائقة، والمكثفات. أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد. رقم ISBN 978-0-19-850756-7.
  • Guénault, Tony (2003). السوائل الفائقة الأساسية. لندن: Taylor & Francis. ISBN 0-7484-0891-6.
  • سفيستونوف، BV، Babaev ES ، Prokof'ev NV حالات المادة فائقة الميوعة
  • فولوفيك، غريغوري إي. (2003). الكون في قطرة هيليوم. كثافة العمليات. سر. حرف واحد فقط. فيز. المجلد. 117. ص 1 – 507. رقم ISBN 978-0-19-850782-6.
  • اقتباسات متعلقة بـ Superfluidity في Wikiquote
  • الوسائط المتعلقة بـ Superfluidity في ويكيميديا ​​كومنز
  • فيديو: عرض توضيحي للهيليوم الفائق السيولة (ألفريد لايتنر، 1963، 38 دقيقة)
  • السيولة الفائقة التي شوهدت في غاز فيرمي ثنائي الأبعاد في عام 2021، وهي ملاحظة حديثة تتعلق بالموصلات الفائقة النحاسية
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Superfluidity&oldid=1259499782"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate