| ункцией)
[2304-4.jpg]
где по - плотность конденсата, фи - фаза волновой функции. В случае, если атомы слабо взаимодействуют между собой, п0 совпадает с ps. В Не II из-за сильного взаимодействия атомов по составляет при Т=0 лишь аеск. процентов ps. Скорость движения сверхтекучей компоненты vsсвязана с f (фи) соотношением vs = = (h'/m) * (vf), где (vf) - градиент функции f (фи), m - масса атома 4Не, h' = h/2n и h - Планка постоянная, n - число "пи" Это означает, что сверхтекучая компонента движется потенциально (см. Потенциальное течение) и, следовательно, не испытывает сопротивления со стороны обтекаемых ею предметов и стенок канала или сосуда.
Потенциальность течения сверхтекучей компоненты может нарушаться на осях т. н. квантованных вихрей, к-рые отличаются от вихрей в обычных жидкостях (см. Вихревое движение) тем, что циркуляция скорости вокруг оси вихря квантуется (Л. Онсагер, 1948; Р. Фейнман, 1955). Квант циркуляции скорости равен h/m. Квантованные вихри осуществляют взаимодействие между сверхтекучей и нормальной компонентами сверхтекучей жидкости. Это взаимодействие приводит хотя и к слабому, но конечному затуханию потока сверхтекучей жидкости в замкнутом канале. При нек-рой скорости движения сверхтекучей компоненты относительно нормальной компоненты или стенок сосуда квантованные вихри начинают образовываться настрлько интенсивно, что свойство С. исчезает. В рамках этой теории С. пропадает при скоростях, существенно меньших предсказываемых теорией Ландау и более близких к реальным значениям критич. скорости. Квантованные вихри наблюдаются экспериментально при вращении сосуда с Не II. Кроме того, в экспериментах с ионами, инжектируемыми в Не II, обнаружены квантованные вихри, имеющие форму кольца.
Сверхтекучесть 3Не. При определённых условиях С. может осуществляться и в системах, состоящих из атомов с полуцелым спином - фермионов (в т. н. ферми-жидкостях). Это происходит в том случае, когда между фермионами имеются силы притяжения, к-рые приводят к образованию связанных состояний пар фермионов, т. н. куперовских пар (см. Купера эффект). Куперовские пары обладают целым спином, поэтому могут образовывать Бозе-конденсат. С. такого рода осуществляется для электронов в нек-рых металлах и носит назв. сверхпроводимости. Аналогичная ситуация имеет место в жидком 3Не, атомы к-рого имеют спин 1/2 и образуют типичную квантовую ферми-жидкость. Свойства ферми-жид-кости можно описать как свойства газа квазичастиц-фермионов с эффективной массой примерно в 3 раза большей, чем масса атома 3Не. Силы притяжения между квази-частицами в 3Не очень малы, лишь при темп-pax порядка неск. мК в 3Не создаются условия для образования куперовских пар квазичастиц и возникновения С. Открытию С. у 3Не способствовало освоение эффективных методов получения низких температур - Померанчука эффекта и магнитного охлаждения. С их помощью удалось выяснить характерные особенности диаграммы состояния 3Не при сверхнизких темп-pax (рис. 2).
Рис. 2. Диаграмма состояния 3Не при низких температурах (Т -абсолютная температура, р - давление).
В отличие от 4Не (см. рис. 1 к ст. Гелий), на диаграмме состояния 3Не обнаружены две сверхтекучие фазы (А и В). Переход нормальной ферми-жидкости в фазу А представляет собой фазовый переход II рода (теплота фазового перехода равна нулю). В фазе А образовавшиеся куперовские пары обладают спином 1 и отличным от нуля моментом импульса. В ней могут возникать области с общими для всех пар направлениями спинов и моментов импульса. Поэтому фаза А является анизотропной жидкостью. В магнитном поле фаза А расщепляется на две фазы (А1и A2), каждая из которых также является анизотропной. Переход из сверхтекучей фазы А в сверхтекучую фазу В является фазовым переходом I рода с теплотой перехода ~1,5 х 10-6 дж/моль (15 эрг/моль). Магнитная восприимчивость 3Не при переходе А ->В скачком уменьшается и продолжает затем уменьшаться с понижением темп-ры. Фаза В является, по-видимому, изотропной.
Эффекты, сопутствующие сверхтекучести. В сверхтекучей жидкости, кроме обычного (первого) звука (колебаний плотности), может распространяться т. н. второй звук, представляющий собой звук в газе квазичастиц (колебания плотности квазичастиц, а следовательно, и темп-ры). Сверхтекучая жидкость обладает аномально высокой теплопроводностью, причиной к-рой является конвекция,- теплота переносится макроскопич. движением газа квазичастиц. При нагревании Не II в одном из сообщающихся (через капилляр) сосудов между сосудами возникает разность давлений (гермомеханич. эффект). Этот эффект объясняется тем, что в сосуде с большей темп-рой оказывается повышенной концентрация квазичастиц. Из-за того, что узкий капилляр не пропускает вязкого потока норм. компоненты, возникает избыточное давление газа квазичастиц, подобное осмотическому давлению в растворе. Существует и обратный - механокалорический - эффект: при быстром вытекании Не II через капилляр из сосуда темп-pa внутри сосуда повышается (в нём увеличивается концентрация квазичастиц), а вытекающий гелий охлаждается. Интересными свойствами обладает сверхтекуч |
