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1、He超流历史简介及其特点0610232 梁爱基0610233 梁深0610217 匡强（非演讲）低温物理是一直是一个很活跃的领域，超流的发现和研究有赖于低温物理的发展。下面是一些伟大人物在这方面的工作一、1）1908 年7 月10 日,H. K. Onnes 将氦液化，这在低温物理是一个里程碑式的工作2）1911 年,汞电阻在4. 15 K 消失的现象被Onnens 研究小组发现. 1913 年3 月，Onnes 将此现象命名为“超导”. 同年12 月,Onnes 获诺贝尔物理奖。Onnens 实验的Hg电阻随温度的变化4He超流的发现走了一些弯路，远在超导和比热曲线相变之后的1938年才被发
2、现3）1922 1923，Dana 和Onnes发现He比热曲线的相变，相变温度T2. 17 K。 莱顿的实验人员曾观察到:在T以上液He 激烈沸腾，但在发生相变时，沸腾突然停止,气泡消失，液面一片平静.。可惜的是，这个后来表明有着重要意义的现象，当时却被轻易的放过了。 二、转机要等到1938年。Nature杂志紧挨着发表了两篇关于液He 的文章:一篇是来自莫斯科的P. 的点以下液He 的粘性，另一篇是剑桥大学J 。 和他的研究生D. Misener 的液He 的流动。 两篇文章实质都是研究液He 在压强差下流过狭窄通道时的粘性，发现He 流过通道时的粘度实际上是零。 Kapitza 仿照超导
3、的命名，将这一反常现象命名为“超流”。 Kapitza于 1978 年获诺贝尔物理奖然而，同样做出了巨大贡献的J . and D. Misener的工作却为被提及 并且Allen 发现了“喷泉效应”(fountain effect) 它是展示液He 超流动性的典型实验J . 以及他所发现的喷泉实验三、1）F. London基于所谓玻色- 爱因斯坦凝聚(BEC) 给出了定性解释. He原子由偶数个费米粒子组成(2 个中子，2 个质子和2个电子) ，按照量子力学,它属于玻色原子，应遵从玻色统计。在T相变时，所发生的正是4He 原子在动量和能量空间的凝聚。4He 原子具有满壳层电子结构，原子间的相互
4、作用较弱；同时,它们具有很强的零点运动，使得该系统有可能发生BEC 相变。 2）L. Tisza 发展了London 的思想。 他认为He 的反常行为可以定性地用“二流体(two2fluid) 模型”加以解释。 在该模型中,发生凝聚的He 原子在流动时表现为完全无阻，而其余未凝聚的He 原子表现得像正常流体一样。 3）里程碑式的工作来自朗道通过准粒子概念的引入，解决了这个问题。L. D. Landau 按现代的观点，超流的本质特征是发生“广义BEC” 当旋转一桶普通的液体和一桶装有超流的液体时，将看到截然不同的现象。普通液体旋转时像一块刚体，不同的只是上表面有个弧形，而超流液体会形成一群小的漩
5、涡。如果把超流液体看成一个大的波。所有的粒子都处于同一个波动方程，当液体旋转时，波形必须构成一个闭合的曲线，即有周期边界条件，或一般的驻波条件。对于一个普通的旋转液体，速度是连续的从桶心至桶州均匀增加，在超流体中，只能是分立的值，类似台阶。一般液体超流体3He和4He不同，3He有三种模式，如右判断一个液体或者气体是否处于超流态有好几种方法1.远红外光波干涉法2.看有无粘滞现象3.有无宏观波动的量子化漩涡BEC和超流现象是一回事吗？在许多情况下，BEC和超流是同时发生的，但是也有例外，如在一维二维系统超流发生了而波色爱因斯坦凝聚缺没发生，有如在混乱的理想气体当中，波色爱因斯坦凝聚发生了而看不到
6、超流现象。实验上观察到凝聚现象的粒子速度分布在一个很小的尖峰上但是，由于原子间的排斥作用和有限的实验边界条件，尖峰较基态时的分布展宽了。因此，人们不知道观察到的凝聚是否是相位相干，人们只能知道有一部分粒子处于低能态。那只是相位相干的观测或者超流的存在。The BEC-BCS crossover 当原子构成波色爱因斯坦凝聚时，是由费米子组成的波色子的作用结果，因为电子、质子、中子都是费米子。通常费米子的结合能相当的高，远高于波色子发生凝聚的温度，故可以把波色子看成是独立的单个粒子。这种情况即是普通的波色爱因斯坦凝聚。当费米子对发生凝聚时，只在转变温度时产生，他们的结合能与转变温度相当。本质上并不仅仅是两体界态效果，而是周围其他粒子也参与，是一个多体效果。这些部分的费米子对的结合能相较于费米温度是很小的。 现在可以设想，费米子构成波色子，而由许多的波色子的多体作用，产生BCS态。引用文献：1）蒋建生，戴闻，超流研究的历史回顾，大学物理，超流研究的历史回顾，大学物理，Vol. 22 No. 3 2003 年3 月COLLEGE PHYSICS Mar. 2003（观点几乎全出于此观点几乎全出于此）2）Group of Wolfgang Ketterle and Dave Pritchard at MIT 网站3）还有别的一些网站
