נוזל-על

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

נוזל-על (או לפעמים על-נוזל) הוא נוזל המאופיין בהיעדרות מוחלטת של צמיגות. כלומר, אם יוּנח בלולאה סגורה - יוכל לזרום עד אין סוף - בגלל היעדר חיכוך בין חלקיקי החומר. מצב צבירה זה נתגלה על ידי פיוטר ליאונידוביץ' קפיצה, ג'ון אלן ודון מיסנר בשנת 1937.

אף על פי שמצב זה התגלה לראשונה בהליום נוזלי, יש לו גם השלכות באסטרופיזיקה, פיזיקה של אנרגיות גבוהות, ובתאוריות כבידה קוונטית. התופעה קשורה בעיבוי בוז-איינשטיין אך אינה זהה לו, קרי ייתכן נוזל-על שאינו עיבוי בוז-איינשטיין ועיבוי בוז-איינשטיין שאינו נוזל-על.

הליום II "יזחל" על משטחים כדי להשוות את רמתו בשני כלי הקיבול כך שלאחר זמן מה הרמות בשני המכלים ישתוו. כמוכן יְצַפֶּה ציפוי רולין את פנימו של המיכל הגדול, שאם לא יאטם, "יזחל" ההליום II החוצה ויתנדף.
ההליום הנוזלי בשלב של נוזל-על. כל עוד הוא בשלב נוזלות-על, ההליום הנוזלי יטפס במעלה הכוס בצורת קרום דק. לאחר מכן יגלוש על הצד החיצון וייצור טיפה אשר תיפול על הנוזל שלמטה. אז תיווצר טיפה נוספת וחוזר חלילה עד שהכוס תתרוקן.

נוֹזְלוּת-על של הליום-4[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – נוזלות-על של הליום-4(אנגלית)

תופעת נוזלות-העל בהליום נוזלי התגלתה בידי פיוטר קפיצה וג'ון אלן. מאז הוסברה תופעה זו באמצעות תאוריות פנומולוגיות ותצפיות מיקרוסקופיות. לדוגמה, הליום-4 יהפך לנוזל-על כאשר הטמפרטורה שלו נמוכה במקצת מ-2.2 קלווין (270.95°-  מעלות צלזיוס).
מעבר זה לנוזלות-על בהליום-4 מתרחש בטמפרטורה גבוהה מזו בה הוא מתרחש בהליום-3. כל אטום של הליום-4 הוא בוזון כיוון שיש לו ספין 0. הליום-3, לעומת זאת, הוא פרמיון היכול ליצור בוזונים רק על ידי זיווג בטמפרטורות נמוכות בהרבה. תהליך זה דומה לתהליך של זיווג אלקטרונים במוליכות-על.‏[1][2]

אטומי גז בטמפרטורה נמוכה מאוד[עריכת קוד מקור | עריכה]

תופעת נוֹזְלוּת-העל בגז פרמיוני בטמפרטורה נמוכה מאוד הוּכחה בניסוי של וולפגנג קטרל וצוותו שצפו במערבולת קוונטית ב-6Li בטמפרטורה של 50 nK (אפריל 2005, המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס).[3][4]
מערבולות כאלו נצפו כבר בשנת 2000 בגז בוזוני של 87Rb בטמפרטורה נמוכה מאוד‏[4] ולאחרונה גם בגזים דו-ממדיים.‏[5]
עוד ב-1999 יצרה לנה האו עיבוי כזה תוך שימוש באטומי נתרן להאטת אור‏[6] ולאחר מכן לעצירתו המוחלטת.‏[7] צוותה השתמש לאחר מכן במערכת זו של אור דחוס ‏[8] כדי ליצור את מקבילת נוזלות-העל של גלי הלם וסופות טורנדו: "תוצאתם של עירורים דרמטיים אלו היא יצירתם של סוליטונים שבתורם דועכים לתוך מערבולות קוונטיות — שנוצרו בשיווי משקל רעוע מאד, בזוגות של עירבול מנוגד — ובכך מגלים ישירות את תהליך ההתפרקות של נוזל-על בעיבויי בוז-איינשטיין. בשימוש במחסומי אור כפולים נוכל לייצר התנגשויות מבוקרות בין גלי הלם שתוצאתן הבלתי צפויה לחלוטין הינה עוררויות לא-לינאריות. צפינו במבנים היברידיים המורכבים מטבעות מערבולת המקובעות בקליפות סוליטוניות אפלות. טבעות המערבולת מתנהגות כ'מדחפים מדומים' המובילים לדינמיקת עוררות עשירה ביותר."‏[9]

נוזלי-על באסטרופיזיקה[עריכת קוד מקור | עריכה]

הרעיון שנוזלי-על מתקיימים בתוך כוכבי נייטרונים הוצע לראשונה על ידי ארקדי מגדל,‏[10][11] באנלוגיה לאלקטרונים בתוך מוליך-על היוצרים זוגות קופר בתגובה להידוד רשת האלקטרונים, צפוי שהנוקליאונים בכוכב הנייטרונים כאשר הם בצפיפות גבוהה וטמפרטורה נמוכה מספיק, יוכלו אף הם ליצור זוגות קופר בשל הכח המושך הגרעיני ארוך הטווח, ויובילו לנוזלות-על ומוליכות-על.‏[12]

נוזלות-על בפיזיקה של אנרגיות גבוהות וכח משיכה קוונטי[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – תאוריית הריק כנוזל-על (אנגלית)

תאוריית הריק כנוזל-על הינה גישה בפיזיקה תאורטית ובמכניקת הקוונטים שבה רואים את הריִק הפיזי כנוזל-על.
מטרתה הסופית של גישה זו היא לפתח דגמים מדעיים שיאחדו את מכניקת הקוונטים (המתארת שלושה מארבעת יחסי הגומלין הידועים) עם הכבידה. כך הופכת תאוריית תאוריית הריק כנוזל-על למועמדת לתיאורית כח-כבידה קוונטי ולהרחבה של המודל הסטנדרטי. התקווה היא שפיתוחה של תאוריה שכזו תאחד לדגם עקבי יחיד את כל יחסי הגומלין ותתאר את כל יחסי הגומלין והחלקיקים היסודיים כהתגלמותה של אותה ישות, ריק כנוזל-על. ‏[13]

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ "The Rotation of Liquid Helium II. II. The Theory of Mutual Friction in Uniformly Rotating Helium II" (1956). Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 238 (1213): 215. doi:10.1098/rspa.1956.0215. Bibcode1956RSPSA.238..215H. 
  2. ^ "Observation of Singly Quantized Dissipation Events Obeying the Josephson Frequency Relation in the Critical Flow of Superfluid ^{4}He through an Aperture" (1985). Physical Review Letters 55 (24): 2704–2707. doi:10.1103/PhysRevLett.55.2704. PMID 10032216. Bibcode1985PhRvL..55.2704A. 
  3. ^ MIT physicists create new form of matter. אוחזר ב־November 22, 2010.
  4. ^ 4.0 4.1 doi:10.1038/4351035a חסר תיאור
  5. ^ doi:10.1038/nphys704 חסר תיאור
  6. ^ Burnett, Keith. Atomic physics: Cold gases venture into Flatland (English) 589. Nature Physics 3. אוחזר ב־08, 2014. אוחזר ב־03 2014. עריכה
  7. ^ Lene Hau. Physicscentral.com. אוחזר ב־2013-02-10.
  8. ^ Lene Vestergaard Hau (2003). "Frozen Light". Scientific American: 44–51. 
  9. ^ Shocking Bose-Einstein Condensates with Slow Light
  10. ^ A. B. Migdal (1959). "Superfluidity and the moments of inertia of nuclei". Nucl. Phys. 13 (5): 655–674. doi:10.1016/0029-5582(59)90264-0. Bibcode1959NucPh..13..655M. 
  11. ^ A. B. Migdal (1960). "{{{title}}}". Soviet Phys. JETP 10. 
  12. ^ U. Lombardo and H.-J. Schulze (2001). “Superfluidity in Neutron Star Matter”, Physics of Neutron Star Interiors, Lecture Notes in Physics. Springer, 30–53. DOI:10.1007/3-540-44578-1_2. 
  13. ^ The Superfluid Universe

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]