Kvantti neste

Kvanttineste  on neste, jonka ominaisuudet määräytyvät kvanttiefektien avulla . Lähellä absoluuttista nollaa , klassisen fysiikan ideoiden mukaan atomien liikkeen tulisi pysähtyä ja aineen tulisi muuttua kiteeksi, mitä ei tapahdu joidenkin aineiden kanssa, joilla on pieni atomimassa, suuri nollaenergia (ja vastaavasti merkittävä nolla ). värähtelyt ) ja heikko atomien välinen vuorovaikutus - silloin niiden jääminen nestemäisiksi johtuu kvanttivaikutuksista [1] , jotka estävät kidehilan muodostumisen - normaalipaineessa helium pysyy nesteenä absoluuttiseen nollaan asti, kiteistä heliumia voidaan saada vain klo. paine nousi 25 ilmakehään. Neste muuttuu kvantiksi, kun sen hiukkasten terminen de Broglie aallonpituus tulee verrattavissa niiden väliseen etäisyyteen ( tapahtuu nesteen kvanttirappeuma [2] . Riippuen siitä ovatko nesteen muodostavat hiukkaset bosonit vai fermionit , nesteitä kutsutaan bosoneiksi tai fermioninen, vastaavasti ( Bose-neste tai Fermi-neste ).

Kvanttinesteet löysivät Peter Kapitsa ja John Allen vuonna 1938. Periaatteessa metallien ja puolijohteiden elektronit , eristeiden eksitonit ja atomiytimien nukleonit muodostavat kvanttinesteitä, mutta nestemäistä helium-4: ää ja helium-3 :a, jotka ovat vastaavasti bosoninen neste ja fermioninen neste, pidetään klassisina esimerkkeinä sellaisista. nesteitä.

Kvanttinesteet osoittavat epätavallisia ominaisuuksiaan tiloissa, jotka ovat lähellä kvanttiminimienergian perustilaa . Tässä tapauksessa nesteen viritetty tila voidaan kuvata alkuaineviritysten kaasuna - kvasihiukkasina , jotka puolestaan ​​voivat olla bosoneja (jotka syntyvät yksitellen) tai fermioneja (jotka syntyvät pareittain, koska nesteen kulmamomentti voi muuttua vain kokonaisluvulla h ). Bose-kvasihiukkasia esiintyy molemmissa nestetyypeissä, Fermi-hiukkasia vain Fermi-nesteissä. Toisin kuin nestemäiset atomit, kvasihiukkaset syntyvät ja katoavat jatkuvasti vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, kun taas niiden jakautuminen tasapainotilassa saadaan vastaavasta tilastosta, jolla on äärellinen lämpötila.

Kvanttinesteiden ominaisuuksien erikoisuus liittyy alkuaineviritteiden spektrin muotoon, eli kvasihiukkasen energian riippuvuuteen sen liikemäärästä. Siten Bose-nesteillä on superfluiditeetin ominaisuus , joka liittyy alkeisviritysenergian lineaariseen riippuvuuteen liikemäärästä pienillä momenteilla, ja Fermi-nesteissä äänenvaimennus kasvaa lämpötilan laskeessa, joten absoluuttisessa nollassa tavallinen ääni Fermi-nesteissä (Fermi-kvasihiukkasten kantama) ei voi levitä, mutta niin kutsuttu nollaääni , jota kantavat kvantti-Fermi-nesteen Bose-viritteet, on olemassa ja voi levitä.

Toinen Fermi-kvanttinesteissä esiintyvä vaikutus on kvasihiukkasten pariutuminen, joka tapahtuu alhaisissa lämpötiloissa, jos kvasipartikkelit vetäytyvät toisiinsa. Tässä tapauksessa tietyn lämpötilan alapuolella kvasihiukkaset, joilla on vastakkainen momentti, muodostavat pareja, jotka käyttäytyvät kuin bosonit ja vastaavasti osoittavat superfluiditeettia. Johtoelektronit metallissa ovat eräänlainen Fermi-neste, johon vaikuttaa kidehilan jaksollinen kenttä [1] . Äärimmäisen alhaisissa lämpötiloissa elektronit voivat kondensoitua suprajohtavuuden omaavien Cooper-parien kvanttinesteeksi .

Superfluid-nesteet sisältävät Bose-kondensaattia niiden hiukkasista, ja sitä kuvaa makroskooppinen aaltofunktio. Tämän kondensaattikomponentin makroskooppisen koherenssikoon ansiosta sitä voidaan käyttää erittäin tarkkoihin mittauksiin, kuten SQUID -mittauksiin .

Neutronitähtien neutronit muodostavat todennäköisesti myös kvanttinesteen, mahdollisesti supernesteen.

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 Kvanttineste - Fyysinen tietosanakirja. - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. Päätoimittaja A. M. Prokhorov. 1983.
2. ↑ Kvanttineste - artikkeli Physical Encyclopediasta 5 osana. - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. Päätoimittaja A. M. Prokhorov. 1988.

Kirjallisuus

Kvanttineste - artikkeli Physical Encyclopediasta 5 osana. - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. Päätoimittaja A. M. Prokhorov. 1988.

• Kvanttineste // Italia - Kvarkush. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1973. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [30 osassa]  / päätoimittaja A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, osa 11).
• Landau L.D., Lifshitz E.M.  Tilastollinen fysiikka. 2. painos M., 1964.
• Abrikosov A. A., Khalatnikov I. M.  Fermi-nesteen teoria // Uspekhi Fizicheskikh Nauk. 1958, v. 66, c. 2, s. 177.
• Matalien lämpötilojen fysiikka / Per. englannista. M., 1959.
• Pines D., Nozier F. Kvanttinesteiden teoria / Per. englannista. M., 1967.

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Iso venäläinen