超流氦的奇特之处

随着氦的温度不断降低,它表现出量子效应的比例越来越大。

液态氦的温度低于-268摄氏度,可以为MRI机器和粒子加速器提供适当的冷却(太棒了!)。然而,将液态氦的温度降得更低,事情就会变得不那么实用——而且更加怪异。

在温度越来越低的条件下,液态氦 超流体的比例越来越大。超流氦可以做一些看似不可能的事情,比如爬上容器的壁,或者 通过普通液态氦无法通过的细孔渗漏。此时,超流氦正在展现量子物理学的效应,这使得它对物理学家来说尤其具有吸引力。现在,在一项新的研究中,一个国际物理学家团队拍摄了微小超流氦液滴的图像,发现即使是极少量的超流氦也表现出异常。

事情开始变得不那么实用——而且更加怪异。

首先,研究团队将纳米尺寸的超流氦液滴发射到真空中。同时,他们将一束自由电子激光射向真空,使激光能够拦截液滴,并在液滴旋转飞过时对其进行成像。图像显示,每个液滴包含超过100个量子涡旋——微小的漩涡以三维阵列填充液滴。这些涡旋有助于维持液滴的结构,因此即使它们以会导致普通液体液滴飞散的速度旋转,它们仍保持稳定,成为单个液滴。尽管如此,液滴的高速旋转确实使许多液滴呈现出蛋形,而不是球形。其中百分之一的液滴甚至呈现出奇怪的轮子形状。

不要指望这样的研究会立刻带来像MRI这样的实用成果。相反,超流氦的研究通常是为了成为理解量子力学的窗口,因为超流体中的所有原子都处于相同的量子态。这意味着它们会产生更大、由量子力学驱动的效应,而这些效应可能是科学家们通常无法看到的。

反过来,量子力学也偶尔找到了实际应用的途径。这类物理学 帮助科学家们理解了激光、晶体管和超导体。事实上,“超流体”这个名字就来源于“超导体”。这种想法是,超流氦可以很好地传导热量,就像超导体可以很好地传导电流一样。

研究超流氦的团队 上周在《科学》杂志上发表了他们的研究成果

 

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Francie Diep 是一位居住在加利福尼亚州圣巴巴拉的科学记者。除了《Popular Science》,她的作品还发表在《Scientific American》、《Smithsonian》及其他刊物上。她对基因、细胞、机器人、档案馆以及互联网上的奇特内容着迷。

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