超流体与玻色-爱因斯坦凝聚

超流氦-4

/ SOO-per-FLOO-id HEE-lee-um FOR /

氦就是那种让派对气球飘起来、让人说话变尖声逗乐的气体。把它一路冷下去,它会变成一种清澈、稀薄的液体——而当温度降到绝对零度以上大约两度时,惊人的事情发生了:这液体不再像你见过的任何液体,而开始毫无半点阻力地流动。

超流氦-4,就是普通的氦-4液体越过了这道门槛之后的样子。氦-4原子是玻色子,是那种乐意挤进同一个量子态的粒子;当液体冷到一定程度,大量原子便凝聚进那个共享的态里。凝聚的那部分以零黏度流动,导热好得出奇,还会出名地化作一层薄膜爬上容器壁,把自己从顶上虹吸出来。

这是历史上发现的第一种超流体,发生在1938年;它至今仍是教科书里的范例,因为氦一直到绝对零度都保持液态,而不会冻成固体。一个常见的混淆,是把整杯液体都叫作“超流体”;在转变温度以下,最好把这液体想成一种混合物:一个正常的、有黏性的成分,和一个无摩擦的超流成分,而你越往下冷,超流的那一份就越大。

把一只敞口小烧杯部分浸在超流氦的液面里,液体会化作一层薄到看不见的膜,悄无声息地爬上杯壁、灌满烧杯,再从杯底滴出来——它会自己排空或注满,直到杯里杯外的液面齐平。

超流氦-4 的爬行薄膜会越过杯壁,去寻求自身的水平。

氦-4变成超流体的那个温度叫做λ点,得名于它的热容在那里画出的尖峰形状,像希腊字母λ;这一变化是渐进、连续的,而不是骤然的结冰或沸腾。

又称
helium IIHe-4 superfluid超流氦-4