Сверхтекучесть

Сверхтекучесть жидкого гелия -это еще одно необычное квантово-механическое явление, имеющее место при температуре, близкой к абсолютному нулю. Если газообразный гелий охлаждать, то при температуре 4,2 К он сжижается. Дальнейшее охлаждение уже жидкого гелия приводит к тому, что при температуре 2,2 К его свойства резко меняются. (Это относится к изотопу ⁴Не. Гелий-3 ведет себя как обычная жидкость.) При этом происходят макроскопические явления, совершенно не укладывающиеся в рамки обычных представлений. Например, сосуд, частично заполненный этой странной модификацией жидкого гелия (называемой сверхтекучим гелием II) и оставленный незакрытым, вскоре опорожняется сам собой. Объясняется это тем, что жидкий гелий поднимается по внутренней стенке сосуда (независимо от ее высоты) и переливается наружу. По той же причине может происходить и обратное явление. Если пустой стакан частично погрузить в жидкий гелий, то он быстро заполнится гелием до того же уровня, что и уровень жидкости снаружи.

Если далее понижать температуру ниже 2,2 К, то количество сверхтекучей компоненты увеличивается. При абсолютном нуле должна остаться лишь сверхтекучая компонента.

Другим необычным свойством чистой сверхтекучей жидкости является то, что она не передает усилия на другие тела. Бьющий из брандспойта под большим давлением поток такой жидкости не смог бы опрокинуть даже поставленную на ребро монету. Жидкость свободно обтекала бы монету, не оказывая на нее никакого усилия. Сверхтекучая компонента жидкого гелия имеет нулевую вязкость.

Но почему все-таки вязкость равна нулю?

Как и сверхпроводимость, любопытные свойства жидкого гелия сейчас интенсивно изучаются.

Значительных успехов удалось достичь в теоретическом объяснении сверхтекучести. Атомы гелия не подчиняются принципу Паули, так как их спин равен нулю. Частицы с нулевым спином могут находиться в одном и том же состоянии в любом количестве; эти частицы подчиняются так называемой статистике Бозе-Эйнштейна. Все атомы сверхтекучего гелия находятся в основном состоянии. Чтобы такая жидкость имела отличную от нуля вязкость, ее атомы должны совершать переходы в состояния с более высокой энергией, а энергии для этого у них нет.