超流體與玻色-愛因斯坦凝聚

超流氦-4

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氦就是那種讓派對氣球飄起來、讓人說話變尖聲逗樂的氣體。把它一路冷下去,它會變成一種清澈、稀薄的液體——而當溫度降到絕對零度以上大約兩度時,驚人的事情發生了:這液體不再像你見過的任何液體,而開始毫無半點阻力地流動。

超流氦-4,就是普通的氦-4液體越過了這道門檻之後的樣子。氦-4原子是玻色子,是那種樂意擠進同一個量子態的粒子;當液體冷到一定程度,大量原子便凝聚進那個共享的態裡。凝聚的那部分以零黏度流動,導熱好得出奇,還會出名地化作一層薄膜爬上容器壁,把自己從頂上虹吸出來。

這是歷史上發現的第一種超流體,發生在1938年;它至今仍是教科書裡的範例,因為氦一直到絕對零度都保持液態,而不會凍成固體。一個常見的混淆,是把整杯液體都叫作「超流體」;在轉變溫度以下,最好把這液體想成一種混合物:一個正常的、有黏性的成分,和一個無摩擦的超流成分,而你越往下冷,超流的那一份就越大。

把一隻敞口小燒杯部分浸在超流氦的液面裡,液體會化作一層薄到看不見的膜,悄無聲息地爬上杯壁、灌滿燒杯,再從杯底滴出來——它會自己排空或注滿,直到杯裡杯外的液面齊平。

超流氦-4 的爬行薄膜會越過杯壁,去尋求自身的水平。

氦-4變成超流體的那個溫度叫做λ點,得名於它的熱容在那裡畫出的尖峰形狀,像希臘字母λ;這一變化是漸進、連續的,而不是驟然的結冰或沸騰。

又稱
helium IIHe-4 superfluid超流氦-4