ابرشارگی
From Wikipedia, the free encyclopedia
ابرشارگی (به انگلیسی: Superfluidity) یک فاز است که غالباً در دماهای پایین دیده میشود، بهطور مثال هلیوم-۳ و هلیوم-۴ دارای یک اصطکاک سطحی میباشند که بعد از گذر از نقطه لاندا، گرانروی این مایع به صفر تبدیل میشود و مایع بدون اصطکاک میتواند جریان یابد.[1] این پدیده ابتدا برای هلیوم مایع کشف شد، اما در اخترفیزیک، انرژیهای بالا و نظریههای گرانش کوانتومی هم دیده میشود. ابرشارگی، نخستین بار برای هلیوم-۴ توسط پیوتر کاپیتسا،[2] جان اف آلن و دن میسنر[3] در سال ۱۹۳۷ کشف شد.
ابر شاره حالتی از ماده است که در آن حالت مانند سیالی که دارای ویسکوزیته و آنتروپی صفر است رفتار میکند. معمولاً هیدروژن، هلیم -۳ و هلیم -۴ در یک حالت که به عنوان نقطه لاندا میگویند، دارای ویسکوزیته صفر میشوند. همانطور که ابر رساناها در برابر جریان هیچ مقاومتی از خود نشان نمیدهند، ابر سیالات نیز بدون هیچ گونه اصطکاکی و بهطور آزادانه میتوانند جریان پیدا کنند. ابر سیالات دارای ویسکوزیته و آنتروپی صفر و رسانایی گرمایی بینهایت میباشند (در نتیجه غیرممکن است که در ابر سیالات گرادیان دما ایجاد کرد همانطور که نمیتوان در ابر رساناها اختلاف ولتاژ ایجاد نمود). یکی از نتایج دیدنی ین خواص که اثر چشمه نامیده میشود، این است که اگر یک لوله مویین را در یک حمام ابر شاره هلیم قرار دهیم و گرما دهیم (حتی با تاباندن نور بر آن) هلیم شروع به بالا آمدن از لوله مویین خواهد کرد (طبق معادله کلازیوس - کلاپیرون). دومین اثر غیرعادی این است که ابر شاره هلیم میتواند فیلمی از شاره به ضخامت یک اتم تشکیل دهد و از اطراف ظرف محتوی آن بالا آید.
این پدیده به چگالش بوز-انیشتین مربوط است ولی با هم یکسان نیستند؛ نه همه ابرشارهها چگالش بوز-انیشتین و نه همهٔ چگالشهای بوز-انیشتین ابرشاره در نظر گرفته میشوند. ابرشارگی در هلیم - ۴ در دماهای بسیار بالاتر از هلیم - ۳ رخ میدهد هر اتم از He-4 یک ذره بوزون، با اسپین صفر است. یک اتم هلیوم-۳ یک ذره فرمیونیک(fermion) است که میتواند بوزون را تنها با جفت شدن با خود را در دماهای بسیار پایینتر تشکیل دهد. این فرایند شبیه به جفت شدن الکترون در ابررسانایی است.
ابرشارگی یک گاز فرمیونی فوق سرد به صورت تجربی توسط Wolfgang Ketterle به اثبات رسید و تیم او گردابهای کوانتومی را در دمای ۵۰ نانوکلوین در MIT در ماه آوریل سال ۲۰۰۵ مشاهده کردند. این چنین گردابهایی قبلاً در یک گاز بوزونی فوق سرد در سال ۲۰۰۰ مشاهده شده بود ولی برای نخستین بار در گازهای دو بعدی دیده میشد.
این ایده که ابرشارگی در داخل ستاره نوترونی وجود دارد اولین بار توسط Arkady Migdal ارائه شدهاست. با بررسی الکترونهای درون زوج قیدهایی که ابر رسانا را به خاطر عکسالعمل بین الکترون و شبکه به وجود میآورند، انتظار میرود که نوکلیونهای درون یک ستاره نوترونی وقتی چگالی به اندازه کافی بالا و دما کم باشد نیز زوج قیدها را به خاطر نیروی اتمی بلند برد به وجود میآورد و موجب ابرسیالی و ابر رسانایی میشود.