СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ

состояние квантовой жидкости, при к-ром она протекает через узкие щели и капилляры без трения.

Сверхтекучесть 4Не. Жидкий гелий 4Не становится сверхтекучим ниже темп-ры Tl=2,17 К, при давлении насыщенных паров ps=38,8 мм рт. ст. Свехтекучий 4Не наз. Не II (см. ГЕЛИЙ ЖИДКИЙ), несверхтекучий жидкий 4Не наз. He I. С. Не II была открыта П. Л. Капицей в 1938. В 1972—74 было установлено, что С. обладает также жидкий 3Не при темп-ре ниже Tс=2,6•10-3 К и давлении 2,58•104 мм рт. ст. (34 атм). Переход жидких 4Не и 3Не в сверхтекучее состояние представляет собой фазовый переход II рода.

Сверхтекучую жидкость нельзя представлять как жидкость, не обладающую вязкостью, т. к. эксперименты с крутильными колебаниями диска, погружённого в Не II, показали, что вызываемое вязкостью затухание колебаний при темп-ре, не слишком далёкой от Тl («лямбда-точки»), мало отличается от затухания аналогичных колебаний в Не I.

Теория сверхтекучести Не II была создана Л. Д. Ландау в 1941. Эта теория, получившая название д в у х ж и д к о с т н о й г и д р о д и н а м и к и, основана на представлении о том, что при низких темп-рах св-ва Не II как слабовозбуждённой квант. системы обусловлены наличием в нём элементарных возбуждений (квазичастиц).

Не II можно представить состоящим из двух взаимопроникающих компонент: нормальной и сверхтекучей. Норм. компонента при темп-рах, не слишком близких к Тl, представляет собой совокупность квазичастиц двух типов — фононов и ротонов.При T=0 плотность норм. компоненты rn=0, поскольку при этом любая квант. система находится в осн. состоянии и возбуждения (квазичастицы) в ней отсутствуют. При темп-рах от абс. нуля до 1,7—1,8 К совокупность элем. возбуждений в Не II можно рассматривать как идеальный газ квазичастиц. С дальнейшим приближением к Тl из-за заметно усиливающегося вз-ствия квазичастиц модель идеального газа для них становится неприменимой. Вз-ствие квазичастиц между собой и со стенками сосуда обусловливает вязкость норм. компоненты. Остальная часть Не II — сверхтекучая компонента — вязкостью не обладает и поэтому свободно протекает через узкие щели и капилляры; её плотность rs=r-rn, где r — плотность жидкости. При Т=0 rs=r, с ростом темп-ры концентрация квазичастиц растёт, поэтому rs уменьшается и, наконец, обращается в нуль при Т=Тl (С. в l-точке исчезает, рис. 1).

Рис. 1. Диаграмма, иллюстрирующая двухжидкостную модель Не II (rn/r — отношение плотности норм. компоненты к плотности Не II).

Согласно теории Ландау, жидкость перестаёт быть сверхтекучей и в случае, когда скорость её потока превышает критич. значение, при к-ром начинается спонтанное образование ротонов. При этом сверхтекучая компонента теряет импульс, равный импульсу испускаемых ротонов, и, следовательно, тормозится. Однако эксперим. значение критич. скорости существенно меньше того, к-рое требуется по теории Ландау для разрушения С.

С микроскопич. точки зрения появление С. в жидкости, состоящей из атомов с целым спином (бозонов), напр. атомов 4Не, связано с переходом при Tфаза волновой ф-ции. Появление нового типа движения в жидкости — когерентного движения макроскопич. числа ч-ц с одной и той же фазой j приводит к двухжидкостной гидродинамике Ландау (Н. Н. Боголюбов; 1947, 1963). В случае, если атомы слабо взаимодействуют между собой, rs совпадает с n0. В Не II вз-ствие атомов приводит к тому, что n0 составляет лишь неск. процентов rs. Тем не менее скорость движения всей сверхтекучей компоненты vs связана с j соотношением vs=(ћ/m)?j, где ?j — градиент функции j, m -масса атома 4Не, ћ=h/2p. Это означает, что сверхтекучая компонента движется потенциально (см. ПОТЕНЦИАЛЬНОЕ ТЕЧЕНИЕ) и, следовательно, не испытывает сопротивления со стороны обтекаемых ею предметов и стенок канала или сосуда.

Конденсатная ф-ция y должна быть непрерывной, поэтому её фаза j при обходе по замкнутому контуру может меняться лишь на 2pN, где N — целое число. Это означает, что циркуляция скорости сверхтекучей компоненты по любому замкнутому контуру может принимать только дискретные значения N•hlm. Поэтому сверхтекучая компонента — это не просто идеальная жидкость с потенц. течением, она обладает особыми макроскопич. квантовыми св-вами. Во-первых, при течении сверхтекучей компоненты по каналу, замкнутому в кольцо, циркуляция скорости vs вдоль канала квантуется с квантом циркуляции h/m. Под влиянием внеш. воздействия скорость течения не может уменьшаться непрерывно, а только скачком. В процессе скачкообразного перехода от течения с N квантами циркуляции к течению с N-1 квантами требуется разрушить сверхтекучее состояние (обратить rs в нуль) в нек-рой области и, следовательно, преодолеть большой потенц. барьер. Поэтому течение в замкнутом канале чрезвычайно устойчиво. Во-вторых, в сверхтекучей компоненте могут существовать т. н. квантованные вихри (Л. Онсагер, 1948; Р. Фейнман, 1955, США) с циркуляцией вокруг оси вихря, принимающей дискретные значения. В отличие от вихрей в обычной жидкости (см. ВИХРЕВОЕ ДВИЖЕНИЕ), эти вихри устойчивы и не исчезают под влиянием вязкости норм. компоненты. На оси этих вихрей y, а вместе с ней и rs обращаются в нуль. Квантованные вихри осуществляют вз-ствие между сверхтекучей и норм. компонентами сверхтекучей жидкости. Их рождение приводит хотя и к слабому, но конечному затуханию потока сверхтекучей жидкости в замкнутом канале. При нек-рой скорости движения сверхтекучей компоненты относительно норм. компоненты или стенок сосуда квантованные вихри образуются столь интенсивно, что сверхтекучая компонента начинает испытывать трение со стороны норм. компоненты или стенок сосуда. В рамках этой теории С. пропадает при скоростях, существенно меньших скоростей по теории Ландау и более близких к реальным значениям критич. скорости. Квантованные вихри наблюдаются экспериментально при вращении сосуда с Не II. При достаточно большой угл. скорости w вращения сосуда они образуют вихревую систему со ср. скоростью ,vs, совпадающей со скоростью твердотельного вращения (w, r). Кроме того, в экспериментах с ионами, инжектируемыми в Не II, обнаружены квантованные вихри, имеющие форму кольца.

Сверхтекучесть 3Не. Атомы 3Не обладают полуцелым спином, т. е. они— фермионы, а 3Не — ферми-жидкость. Если между фермионами имеются силы притяжения, приводящие к образованию попарно связанных фермионов, т. н. куперовских пар (см. КУПЕРА ЭФФЕКТ), то такие пары обладают целочисленным спином. По этому признаку они — бозоны и могут образовывать Бозе-конденсат. Силы вз-ствия между ч-цами в 3Не таковы, что лишь при темп-рах порядка неск. мК в 3Не создаются условия для образования куперовских пар и возникновения С. Открытию С. у 3Не способствовало освоение эфф. методов получения низких темп-р — Померанчука эффекта и магнитного охлаждения. С их помощью удалось выяснить характерные особенности диаграммы состояния 3Не при сверхнизких темп-рах (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма состояния 3Не при низких темп-рах, р — давление, Н — магн. поле.

В отличие от 4Не ((см. ГЕЛИЙ ЖИДКИЙ) рис. 1 ), на диаграмме состояния 3Не обнаружены две сверхтекучие фазы (А и В). Переход норм. ферми-жидкости в любую из этих фаз представляет собой фазовый переход II рода. Переход из сверхтекучей фазы А в сверхтекучую фазу В относится к фазовым переходам I рода. В магн. поле линия перехода из несверхтекучей фазы в фазу А расщепляется на две линии, каждая из к-рых явл. линией перехода 2-го рода. В области между линиями возникает ещё одна фаза (A1). Во всех трёх фазах образовавшиеся куперовские пары обладают спином s=1 и орбитальным квант. числом L=1. Фазы различаются по структуре волновой ф-ции куперовской пары, к-рая определяет как сверхтекучие, так и магн. св-ва фазы. В фазе В у куперовских пар в среднем нет выделенных направлений спина и орбит. момента импульса. По сверхтекучим св-вам B-фаза эквив. Не II, а по магн. св-вам напоминает изотропный антиферромагнетик. В фазе А куперовская пара имеет ср. направление l орбит. момента импульса, к-рое в равновесии одинаково для всех пар в жидкости, поскольку эти пары образуют Бозе-конденсат. В случае, если l не меняется в пр-ве (напр., фиксируется границей сосуда или внеш. полями), сверхтекучие св-ва фазы А отличаются от св-в Не II лишь тем, что фаза А анизотропна с осью анизотропии вдоль l и коэфф., входящие в ур-ния двухжидкостной гидродинамики Ландау, в т. ч. плотности норм. и сверхтекучей компонент, явл. тензорами. В общем случае, когда l может меняться в пр-ве, осн. отличие фазы А от Не II заключается в том, что скорость сверхтекучей компоненты vs не явл. потенциальной. Циркуляция vs по замкнутому контуру зависит от изменения в пр-ве вектора l. Это приводит к тому, что торможение потока сверхтекучей компоненты может осуществляться не только за счёт образования квантованных вихрей, как в Не II, но и непрерывно, путём осцилляции вектора l в канале. На поверхности канала, где вектор l фиксирован, торможение осуществляется посредством движения точечных дефектов — буджумов. При вращении сосуда может возникать как система квантованных вихрей, так и периодич. структура с непрерывным распределением l и vs. По магн. св-вам фаза А напоминает одноосный антиферромагнетик. Кроме того, поскольку орбит. момент куперовских пар частично передаётся эл-нам атомов 3Не, фаза А обладает также слабым (10-11 магнетонов Бора на атом) спонтанным магн. моментом, направленным по l, и явл. пока единственным известным жидким ферромагнетиком.

Эффекты, сопутствующие сверхтекучести. В сверхтекучей жидкости, кроме обычного (первого) звука (колебаний плотности), может распространяться т. н. второй звук, представляющий собой звук в газе квазичастиц (колебания плотности квазичастиц, следовательно, и темп-ры). Возможны и иные виды колебаний: капиллярные волны, звук. колебания сверхтекучей части жидкости в узких капиллярах (т. н. четвёртый звук) и др. Сверхтекучая жидкость обладает аномально высокой теплопроводностью, причиной к-рой явл. конвекция — теплота переносится макроскопич движением газа квазичастиц. При нагревании Не II в одном из сообщающихся (через капилляр) сосудов между сосудами возникает разность давлений (термомеханический эффект). Этот эффект объясняется тем, что в сосуде с большей темп-рой повышена концентрация квазичастиц. Из-за того, что узкий капилляр не пропускает вязкого потока норм. компоненты, возникает избыточное давление газа квазичастиц, подобное осмотическому давлению в р-ре. Существует и обратный эффект (т. н. механокалорический эффект): при быстром вытекании Не II из сосуда через капилляр темп-ра внутри сосуда повышается (в нём увеличивается концентрация квазичастиц), а вытекающий гелий охлаждается. Интересными св-вами обладает сверхтекучая плёнка гелия, образующаяся на твёрдой стенке сосуда. Так, напр., она может выравнивать уровни Не II в сосудах, имеющих общую стенку.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ

- явление бездиссипативного переноса массы в макроскопич. 4 Не(см.Гелий жидкий)П. Л. Капицей (1938) и в жидком³НеД. Ошеровым, Р. Ричардсоном и Д. Ли (D. Osheroff, R. Richardson, D. Lee,1972). Бездиссипативное (незатухающее) движение обеспечивается когерентностьюфаз макроскопич. числа частиц квантовой жидкости (см.Когерентное состояние).Аналогична природа явлениясверхпроводимости,а также явленияспиновой сверхтекучести - бездиссипативного переноса намагниченности всверхтекучем³Не-В.

Сверхтекучее состояние обладает дальним порядком (см.Дальний и ближнийпорядок)и возникает в квантовом статистич. ансамбле тождественныхчастиц в результате фазового перехода 2-го рода при охлаждении ниже темп-рыТ_сперехода в сверхтекучее состояние. Для жидкого⁴НеТ_с=2,17 К при давлении насыщенных паров, для жидкого³НеТ_с=2,7*10)^-3К при давлении 34 атм иТ_с=0,9*10~³К при давлении насыщенных паров. Механизмы образованиясверхтекучего состояния и вид егопараметра порядка,отличного отнуля приТ<Т_си равного нулю приТ > Т_с,могут быть самыми разнообразными.

В жидком⁴Не, состоящем из сферически симметричных атомовсо спином S = 0, параметром порядка служит комплексная ф-ция ехрif, имеющая смысл квантовомеханич. волновой ф-ции частиц, участвующихв когерентном движении. Состояния сверхтекучего⁴Не с разл. и (напр.,между сообщающимися сосудами с⁴Не, соединёнными достаточнотонким каналом) возникает поток частиц ,зависящий от разности фаз (аналог стационарногоДжозефсона эффекта).Состояния с фазами, различающимисяна (гдеN - целое число), обладающие одним и тем же значением параметра порядка ,эквивалентны. Т. о., имеется непрерывный набор вырожденных состояний, характеризующихсяразл. значениями фазы от 0 до .Тем самым произвол в выборе фазы, носящий название калибровочной симметрииили U(1)-симметрии, в сверхтекучей жидкости отсутствует. Иными словами, Спонтанноенарушение симметрии).

Если фаза зависитот координат, то в жидкости возникает когерентное сверхтекучее движениес локальной скоростью , гдет -масса атома⁴Не. Скорость сверхтекучего движения(сверхтекучая скорость) в⁴Не потенциальна (см.Потенциальноетечение).

Доля жидкости, принимающая участие в сверхтекучем движении, наз. сверхтекучейкомпонентой. Плотность сверхтекучей компоненты в жидком⁴Не приТ= 0 совпадает с полной плотностьюжидкости и уменьшается с повышением темп-ры до нуля приТ=Т_с.Значение отлично от нуля только в сверхтекучем состоянии, поэтому часто комплексныйпараметр порядка выбирают так, чтобы Остальная часть жидкости с плотностью образует нормальную компоненту,при низких темп-pax представляющую собой совокупность элементарных возбуждений(квазичастиц)двух типов - фононов и ротонов (см.Ландау теория сверхтекучести).Величина при низкихТопределяется спектром элементарных возбуждений :

Здесь - ф-ция распределения квазичастиц,р- импульс частицы. Отсутствиенормальной компоненты приТ =0 - следствие формы спектра элементарныхвозбуждений в⁴Не. В принципе возможны и существуют сверхтекучиесистемы (³Не-A, бесщелевые сверхпроводники, раствор³Нев сверхтекучем⁴Не) с ненулевой плотностью нормальной компонентыприТ =0.

Как и всякая обычная жидкость, нормальная компонента обладает вязкостью, v_п, так что масса в сверхтекучем⁴Непереносится с двумя скоростями: полный поток частиц . Когерентное сверхтекучее движение не обладаетэнтропией.Всё тепловоедвижение в сверхтекучей жидкости связано с её нормальной составляющей. v_nи может происходить без переноса массы, т. е. при .Это приводит к существованию двух типов колебаний (звуков) в объёме сверхтекучего⁴Не:помимо обычного звука - колебаний плотности и тока (т. н. первый звук),возможно распространение колебаний иного типа -второго звука,представляющегособой волны энтропии, или температурные волны (см.Звукв сверхтекучемгелии).

Двухскоростная гидродинамика Ландау, кроме ур-ний, содержащих обычныегидродинамич. переменные (,j, энтропию 5), включает ур-ние и для сверхтекучей скорости:

где -химический потенциал,выраженный через те же гидродинамич. переменные. 4 Не: для поддержаниястационарного течения сверхтекучей компоненты не требуется разности хим. приводит к ускорению сверхтекучей компоненты.

Отсутствие диссипации при стационарном течении сверхтекучей компонентыобнаруживается при наблюдении долгоживущего циркуляц. движения жидкостив кольцевом канале. В силу непрерывности параметра порядка фаза может измениться при обходе канала лишь на , что приводит к квантованию циркуляции сверхтекучей скорости Тем самым всевозможные течения разбиваются на классы течений, характеризуемыецелочисленным инвариантомN.Течения внутри одного класса с данным.могут непрерывно переходить друг в друга, а переходы между течениямиразных классов требуют появления разрывов в поле .Т. к. разрывам соответствует бесконечный рост сверхтекучей скорости, то разрывы возможны, обращается в нуль, т. е. в точках разрыва сверхтекучее состояние разрушается. Последнее требует затрат энергии исоздаёт существ. потенц. барьер между течениями с различнымиN, врезультатечего циркуляц. течение в неодносвязном канале чрезвычайно устойчиво. Существованиецелочисленного инварианта в сверхтекучем⁴Не является следствиемнетривиальной топологии пространства вырожденияR.В сверхтекучем⁴НеR-область изменения фазы от 0 до - окружность. В др. сверхтекучих жидкостях пространство вырождения можетбыть другим, при этом изменяется и классификация непрерывных течений внеодносвязных каналах.

Независимость сверхтекучего и нормального движений в сверхтекучем⁴Неимеет место только при достаточно малой разности скоростейw=v_s- v_n. Сувеличениемwмежду её компонентами можетвозникнуть эфф. трение, препятствующее дальнейшему увеличению относительнойскорости. В⁴Не имеется два механизма возникновения взаимноготрения. Первый связан с тем, что начиная с нек-рой критич. скоростиw_cнаблюдаетсяспонтанное рождение квазичастиц. Величина в⁴Не составляет 60 м/с. Каждая родившаяся квазичастица увеличивает импульс нормальной компоненты на величинурза счёт импульса сверхтекучей компоненты, что приводит к взаимному трению. Изменение в этом процессе происходит за счёт уменьшения при сохраненииv_s.

Второй механизм связан с рождением и движением топологич. объектов -квантованных вихрей (см.Квантованные вихрив гелии), представляющихсобой особые линии, при обходе вокруг к-рых по замкнутому контуру фазаf изменяется на , и следовательно циркуляция скоростиv_sквантуется:[Л. Онсагер (L. Onsager), 1948]. На самой линии вихря фаза f не определена, его модуль должен обращаться в нуль, т. е. С. на оси вихря отсутствует. отличается от равновесного, наз. сердцевиной или к о р о м вихря. В сверхтекучем⁴Неустойчивы вихри только с , вихри с большимиNраспадаются на вихри е единичными квантамициркуляции сохранениемN,напр..Квантованные вихри испытывают трение со стороны нормальной компоненты благодарярассеянию квазичастиц на коре вихря, поэтому в равновесии вихри движутсявместе с нормальной компонентой. Вихрь также является агентом, переносящимимпульс между сверхтекучей и нормальной компонентами , но в отличие отквазичастичного механизма взаимного трения вихревой механизм приводит кизменениюv_s:каждый вихрь, пересекая канал, уменьшаетили увеличивает набег (прирост) фазы ф в канале на ,изменяя тем самымv_s.Этот процесс, называемый проскальзываниемфазы, может происходить в непрерывном (турбулентном) режиме и приводитьк взаимному трению, еслиwпревышает критич. скорость рождения вихрей ,гдеR -радиус канала,- радиус кора вихря,.Для поддержания такого диссипативного движения сверхтекучей компонентытребуется разность давлений на концах канала. Ускорение сверхтекучей компоненты, Наряду с турбулентным вихревым движением сверхтекучей компоненты наблюдаютсяи отд. процессы проскальзывания фазы при течении сверхтекучей жидкостичерез узкое отверстие [О. Авенель, Э. Вароко (О. Avenel, E. Varoquaux),1985], соединяющее два сообщающихся сосуда. Такой процесс квантованногоизменения разности фаз , сопровождаемый скачками разности давлений, представляет собой аналогнестационарного эффекта Джозефсона в сверхтекучей жидкости.

Квантованные вихри возникают не только как метастабильные образованияв динамич. процессах сверхтекучего движения. Во вращающемся с угл. скоростью.сосуде со сверхтекучей жидкостью периодич. решётка вихрей являетсяосн. состоянием системы, аналогичнымрешётке вихрей Абрикосова,возникающейв сверхпроводниках 2-го рода в магн. поле. Это связано с тем, что во вращающемсясосуде минимум энергии системы соответствует твердотельному вращению всейжидкости со скоростью , т. е.,но такое состояние не реализуется из-за потенциальности движения сверхтекучейкомпоненты в⁴Не. Система параллельных квантованных вихрей сциркуляциейh/mв каждом вихре создаёт ср. завихренность , где га -число вихрей на единице площади. В равновесии ,и вихри имитируют твердотельное вращение сверхтекучей жидкости со ср. скоростью

С микроскопич. точки зрения, сверхтекучесть в⁴Не связанас явлениемБозе - Эйнштейна конденсации,хорошо изученным на примеремодели слабонеидеальногобозе-газа(Н. Н. Боголюбов, 1947). Когерентноесверхтекучее состояние возникает в результате перехода макроскопич. частиатомов в состояние бозе-конденсата. В случае слабого взаимодействия частицбозе-конденсация означает накопление атомов в одно-частичном состояниис наим. энергией, соответствующей нулевому импульсу. Атомы, находящиесяв бозе-конденсате, описываются одной и той же волновой ф-цией, и поэтомуих движение макроскопически когерентно. Параметр порядка ф определяетсяв этом случае как ср. значение по статистич. ансамблю от квантовомеханич. уничтожения атомов⁴Не в формализмевторичного квантования.Модуль параметра порядка при таком определении совпадает с плотностью n₀атомов, имеющих нулевой импульс:. Плотность бозе-конденсата n₀приТ = 0в слабонеидеальномбозе-газе не совпадает с плотностью газа (совпадение имеет место лишь видеальном бозе-газе). В реальном сверхтекучем⁴Не величина n₀,измеренная посредством рассеяния нейтронов, составляет при низких темп-paxвсего ,что указывает на весьма сильное взаимодействие атомов⁴Не междусобой. С др. стороны, плотность сверхтекучей компоненты как в слабонеидеальномбозе-газе, так и в⁴Не при Т = 0 совпадает с плотностью жидкости, 0, а вместе с ней и параметр порядка сверхтекучего состояния могут обратиться в нуль.

Существование параметра порядка ,являясь достаточным условием С., не является при этом необходимым её условием. при любой конечной темп-ре. Причиной этого являются растущие с ростом размеровплёнки тепловые флуктуации фазы [П. Хоэнберг (P. Hohenberg), 1967]. Темне менее имеется темп-ра переходаТ_с,ниже к-рой возникаетсверхтекучая компонента с плотностью .При низких темп-рах в сверхтекучей плёнке хорошо выражен ближний порядок: фазы параметра порядкав точкахrиr'сильно коррелируют между собой. Разностьфаз

существенно меньше вплотьдо расстояний.На больших расстояниях правая часть ф-лы (3) расходится, свидетельствуяоб отсутствии дальнего порядка, но сохраняется т. н. топологический дальнийпорядок, связанный с тем, что набег фазы на позамкнутому контуру сохраняется несмотря на флуктуации. В результате хорошоопределены квантованные вихри, а в замкнутой кольцевой плёнке возможныразл. классы незатухающих течений с разными квантами циркуляцииN(В. В отличие от трёхмерного случая, С. в плёнке возникает скачком, причёмвеличина скачка связана с темп-рой перехода универсальным соотношением:

[Дж. Костерлиц, Д. Таулес (J. Kosterlitz, D. Thouless), 1973]. ИсчезновениеС. связано с образованием приТ = Т_сквантованных вихрейпротивоположного знака сN=1,к-рые разрушают топологический дальний порядок. Соотношение (4) для плёнки⁴Непроверено экспериментально [Д. Бишоп, Дж. Реппи (D. Bishop, J. Reppy),1978].

В жидком³Не, состоящем из атомов со спином¹/₂,переход в сверхтекучее состояние происходит так же, как и переход в сверхпроводящеесостояние в металлах, посредствомКупера эффекта -объединения квазичастицс противоположными импульсамири -рвблизиферми-поверхностивпары. Т. о., сверхтекучее состояние ферми-жидкостей характеризуется появлениемотличного от нуля среднего по статистич. ансамблю от произведения двухоператоров уничтожения:

Здесь индексы нумеруют проекции спина частиц. Образование такого аномального среднегоозначает нарушение калибровочной инвариантности: при калибровочном преобразованииоператор переходит в , что не меняет энергию системы, но изменяет ф-циюF,характеризующуюсостояние системы,. Как и в сверхтекучем⁴Не нарушение калибровочной симметрииприводит к С., т. е. к существованию бездиссипативного переноса массы всверхтекучем³Не или электрич. заряда в сверхпроводниках. Физ. , т. е. совокупностью преобразований, сохраняющих её значение. Системы, ,обладают одинаковыми сверхтекучими (сверхпроводящими) свойствами, в соответствиис чем все сверхпроводящие и сверхтекучие системы разбиваются на классысистем с одинаковой симметрией. Так, обычный сверхпроводник с s-cпaриваниемквазичастиц обладает изотропной по импульсам и спинам ф-циейFитем самым относится к тому же классу С., что и сверхтекучий⁴Нес изотропным и бесспиновым параметром порядка ,и поэтому имеет с ним много сходного, несмотря на др. механизм образованиякогерентного состояния.

В отличие от обычных сверхпроводников, куперовские пары в³Необладают спиномS= 1 и орбитальным моментомL =1, т. е. F у³Не не является изотропной. В результате всетри известные сверхтекучие фазы³Не (³Не-B,³Не-A,³He-A₁)относятся к разл. классам С., причём ни один из этих классов не совпадаетс классом С. обычного сверхпроводника и⁴Не. В то время как³Не-В по своим сверхтекучим свойствам очень похож на сверхтекучий⁴Не, отличаясь от него другими (магнитными и жидкокристаллическими)свойствами, фазаАрезко выделена своими сверхтекучими свойствами. F Л-фазы:

где - матрицы Паули;d -единичный вектор, задающий направление спонтанноймагн. анизотропии в А-фазе; единичные векторы и ортогональныдруг другу, причём их векторное произведениеlопределяет направлениеспонтанного орбитального момента куперовской пары и жидкокристаллич. осьанизотропии Л-фазы. Для сверхтекучих свойств здесь существенно, что одновременнос нарушением калибровочной симметрии [группыU(1)]нарушенасимметрия относительно пространственных вращений (группа SО₃),т. к. состояние Л-фазы характеризуется тройкой векторов к-рые преобразуются при вращениях координатного пространства (см.Гелийжидкий).При этом сохраняется комбиниров. симметрия U^комб(1), соответствующая неизменностиFпри калибровочных преобразованиях, вокругвектораl. Это приводит к след. сверхтекучим свойствам, зависящимот жидкокристаллич. анизотропии Л-фазы.

1. Плотность сверхтекучей компоненты является одноосным тензором, т. токj_s,вообще говоря, не параллеленv_s:

Здесь -Кронекера символ,по повторяющимся индексам осуществляется суммирование, и при

2. Если векторlменяется в пространстве, то скорость сверхтекучеготечения не является потенциальной: циркуляция по замкнутому контуру зависит от пути интегрирования и может приниматьлюбые, а не только квантованные значения, т. е. потенциальность течения- отнюдь не обязательный атрибут сверхтекучего движения.

3. В кольцевых каналах достаточно большого радиуса существуют толькодва класса течений, в то время как при включении достаточно сильного магн. N, как в⁴Не, а в ряде случаевдаже двумя целочисленными индексамиN₁иN₂.Такоеразнообразие свойств является следствием особенностей топологич. структурыпространства вырожденных состояний в Л-фазе.

4. Отличие этого пространства состояний от окружности, имеющей местов сверхтекучем⁴Не, приводит также к др. свойствам квантованныхвихрей по сравнению с⁴Не. Так, вихрь с одним квантом циркуляции(квант циркуляции в сверхтекучем³Не равен ) имеет сингулярный кор, внутри к-рого сверхтекучее состояние отличаетсяот А-фазы, а вихрь с двумя квантами циркуляции вообще не имеет сингулярногокора и поэтому часто бывает энергетически более выгодным, чем два одноквантовыхвихря. При вращении сосуда в присутствии магн. поля возникают вихревыерешётки, состоящие как из сингулярных, так и несингулярных вихрей. Приуменьшении поля решётка несингулярных вихрей становится энергетически болеевыгодной, образуя непрерывную периодич. структуру вектораlс твердотельным(в ср.) распределением скорости сверхтекучего движения .Существенно, что С. не нарушена ни в одном из вихрей: внутри сингулярногокора одноквантового вихря вместо нормальной жидкости формируется ещё однасверхтекучая фаза - т. н. полярная фаза. Даже в³Не-В, где всевихри, как и в⁴Не, сингулярны, кор вихря тем не менее являетсясверхтекучим: помимо Л-фазы в коре имеется сверхтекучая магн. жидкость, 5.Щель в спектре квазичастиц в Л-фазе обращается в нуль в двухточках на ферми-поверхности, за счёт рождения квазичастиц при движении сверхтекучей компоненты, в результатечего нормальная компонента существует даже приТ= 0: её плотностьпропорциональна (wl)²,а в пространственно неоднородномполе вектораlпропорциональна

6. Имеется третий механизм взаимного трения между сверхтекучей и нормальнойкомпонентами (помимо квантовых вихрей и рождающихся квазичастиц) за счётпространственно-временных изменений вектораl. Поскольку динамикавектораlтем самым определяет сверхтекучее движение, двухжидкостнаягидродинамика Ландау включает ур-ние дляl.Ур-ние (2) в мо-дифициров. v_n=0):

где - антисимметричный тензор. Это ур-ние отражает тот факт, чтоv_sможетуменьшаться с помощью пространственно-временных осцилляции вектораl,осуществляющих проскальзывание фазы. Бездиссипатив-ный поток массыосуществляется только при стационарномlи при . При наличии формируется диссипативное токовое состояние сверхтекучей компоненты, вк-ром ускорение за счёт компенсируетсяпериодическими осцилляциями вектораl,вызывающими диссипацию всистеме квазичастиц. Подобный периодич. процесс, представляющий собой аналогобъёмного нестационарного эффекта Джозефсона, наблюдается экспериментально.

Магн. сверхтекучая фазаA₁помимо сверхтекучих свойств, A₁-фазы, связывающейсверхтекучее поведение с магнитным. В частности, во втором звуке, распространяющемсявA₁-фазе, колеблется не только энтропия, но и намагниченность.

С.- весьма распространённое в природе явление. Помимо сверхтекучего⁴Неи сверхтекучих фаз³Не (в³Не-В кроме обыкновеннойнаблюдается также спиновая сверхтекучесть), а также заряж. сверхтекучейэлектронной жидкости в сверхпроводниках следует упомянуть С. в системенуклонов внейтронных звёздах -пульсарах и сверхтекучие корреляциив атомных ядрах (Н. Н. Боголюбов, 1958). Среди заряженных сверхтекучихсистем выделяются сверхпроводящие металлы стяжёлыми фермионами,сверхпроводимостьк-рых весьма вероятно относится к классам С., характеризуемым комбиниров. Квантовый Холла эффект). Интенсивно исследуютсяна предмет обнаружения С.: спин-поляри-зованный атомарный водород - единств. 3 Не в сверхтекучем⁴Не; наконец, кристаллич. 3 Не и⁴Не, в к-рых возможна С. жидкости вакансий(А. Ф. Андреев, И. М. Лифшиц, 1969).

Лит.:Халатников И. М., Теория сверхтекучести, М., 1971; ФейнманР., Статистическая механика, пер. с англ., 2 изд., М., 1978; ПаташинскийА. 3., Покровский 15. Л., Флуктуационная теория фазовых переходов, 2 изд.,М., 1982; Сверхтекучесть гелия-3. Сб. ст., пер. с англ., М., 1977; ПаттерманС., Гидродинамика сверхтекучей жидкости, пер. с англ., М., 1978; М и не е в В. П., Сверхтекучий³Не. Введение в предмет, «УФН», 1983,т. 139, в. 2, с. 303; Воловик Г. Е., Сверхтекучие свойства А-фазы Не³,«УФН», 1984, т. 143, с. 73. Г.Е. Воловик, В. П. Минеев.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.

Синонимы:

текучесть

сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ особое состояние квантовой жидкости iнаходясь в кром жидкость протекает через узкие щели и капилляры без трения при этом протекающая часть жидкости обладае...Большая советская энциклопедия
сверхтекучесть—особое состояние квантовой жидкости См. Квантовая жидкостьem находясь в котором жидкость протекает через узкие щели и капилляры без трения при этом протекающая часть жидк...Большая Советская энциклопедия II
сверхтекучесть—сущ. жен. рода только ед. ч....Большой русско-украинский словарь
сверхтекучесть—свво жидкого гелия Не при темпре Т lti К и норм. давлении протекать без трения через узкие капилляры и щели. Сверхтекучий гелий т. н. HeII обладает резко аномальными теп...Большой энциклопедический политехнический словарь
сверхтекучесть—свойство квантовой жидкости Не и Не протекать безвнутреннего трения вязкости через узкие щели капилляры и т. п.Сверхтекучесть He при температурах ниже Тк К была открыта...Большой энциклопедический словарь II
сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ свойство квантовой жидкости Не и Не протекать без внутреннего трения вязкости через узкие щели капилляры и т. п. Сверхтекучесть He при температурах ниже Тк...Большой энциклопедический словарь III
сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ свойство квантовой жидкости Не и Не протекать без внутреннего трения вязкости через узкие щели капилляры и т. п. Сверхтекучесть He при температурах ниже Т...Большой Энциклопедический словарь V
сверхтекучесть—свойство квантовой жидкости supНе и supНе протекать без внутр. трения вязкости через узкие щели капилляры и т. п. С. supНе при темпpax ниже Tкsub К открыта в П. Л. Кап...Естествознание. Энциклопедический словарь
сверхтекучесть—свойство квантовых жидкостей supHe и supHe протекать без внутреннего трения вязкости через узкие щели капилляры и т.п. Сверхтекучесть supHe при Tlt К открыта П.Л. Капицей...Иллюстрированный энциклопедический словарь
сверхтекучесть—приставка СВЕРХ корень ТЕК суффикс УЧ суффикс ЕСТЬ нулевое окончаниеОснова слова СВЕРХТЕКУЧЕСТЬВычисленный способ образования слова Приставочносуффиксальный или префи...Морфемный разбор слова по составу
сверхтекучесть—Начальная форма Сверхтекучесть винительный падеж слово обычно не имеет множественного числа единственное число женский род неодушевленное...Морфологический разбор существительных
сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬstrong свойство жидкости которая не обладает вязкостью и потому не обладает сопротивлением к текучести. ГЕЛИЙ II жидкий гелий при температурах ниже К или ...Научно-технический энциклопедический словарь
сверхтекучесть—состояние вещества жидкого гелия в котором оно ведет себя как жидкость не обладающая вязкостью внутренним трением поэтому может протекать без трения через очень узкие щел...Начала современного естествознания
сверхтекучесть—сверхтекучесть ж. Совокупность физических явлений наблюдаемых в жидком гелии при температуре близкой к абсолютному нулю....Новый толково-словообразовательный словарь русского языка
сверхтекучесть—сверхтекучесть сверхтекучесть и...Орфографический словарь
сверхтекучесть—аса аышты...Орысша-қазақша «Энергетика» терминологиялық сөздік
сверхтекучесть—suprafluidit...Политехнический русско-французский словарь
сверхтекучесть—сверхтекучесть сверхтекучести сверхтекучести сверхтекучестей сверхтекучести сверхтекучестям сверхтекучесть сверхтекучести сверхтекучестью сверхтекучестями сверхтекучести ...Полная акцентуированная парадигма по Зализняку
сверхтекучесть—Орфографическая запись слова сверхтекучесть Ударение в слове сверхтекучесть Деление слова на слоги перенос слова сверхтекучесть Фонетическая транскрипция слова сверхтекуч...Полный фонетический разбор слов
сверхтекучесть—сверхтекучесть иСинонимы текучесть...Русский орфографический словарь
сверхтекучесть—сверхтекучесть ж.usuperfluidity текучесть...Русско-английский политехнический словарь
сверхтекучесть—ж. нуклонная сверхтекучесть сверхтекучесть атомных ядер сверхтекучесть электронной жидкости спиновая сверхтекучесть...Русско-английский словарь по физике
сверхтекучесть—superfluidity...Русско-английский словарь по электронике
сверхтекучесть—superfluidity текучесть...Русско-английский технический словарь
сверхтекучесть—Звышцякучасць...Русско-белорусский словарь
сверхтекучесть—физ.i звышцякучасць жен.i...Русско-белорусский словарь II
сверхтекучесть—ж. superfluidit f...Русско-итальянский политехнический словарь
сверхтекучесть—аса аышты...Русско-казахский терминологический словарь «Водное хозяйство»
сверхтекучесть—асын аышты...Русско-казахский терминологический словарь «Горное дело и металлургия»
сверхтекучесть—асааымдылы...Русско-казахский терминологический словарь «Машиностроение»
сверхтекучесть—Синонимы текучесть...Русско-китайский словарь
сверхтекучесть—Superfluiditt Supraflssigkeit...Русско-немецкий политехнический словарь
сверхтекучесть—superfluidit suprafluidit...Русско-французский словарь по химии
сверхтекучесть—supertekutost supratekutost...Русско-чешский словарь
сверхтекучесть—сверхтекучесть текучесть...Слитно или раздельно? Орфографический словарь-справочник
сверхтекучесть—сверхтекучесть сущ. колво синонимов текучесть Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин. . Синонимы текучесть...Словарь синонимов II
сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ свойство квантовых жидкостей He и He протекать без внутреннего трения вязкости через узкие щели капилляры и т.п. Сверхтекучесть He при Tlt К открыта П.Л. К...Современная энциклопедия
сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ свойство квантовой жидкости Не и Не протекать без внутреннего трения вязкости через узкие щели капилляры и т. п. Сверхтекучесть He при температурах ниже Тк...Современный энциклопедический словарь
сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ ж. Совокупность физических явлений наблюдаемых в жидком гелии при температуре близкой к абсолютному нулю....Толковый словарь русского языка
сверхтекучесть—Ударение в слове сверхтекучестьУдарение падает на букву уБезударные гласные в слове сверхтекучесть...Ударение и правописание
сверхтекучесть—сверхтекучесть сверхтекучести сверхтекучести сверхтекучестей сверхтекучести сверхтекучестям сверхтекучесть сверхтекучести сверхтекучестью сверхтекучестями сверхтекучести ...Формы слова
сверхтекучесть—Хрусь Хруст Хетт Херь Херес Хер Хекер Хек Хевсур Учет Учесть Учес Утрехт Утес Утереть Устье Усть Устеречь Уесть Увечье Увет Тут Тур Тук Туес Туер Трут Труст Трус Треух Тр...Электронный словарь анаграмм русского языка
сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ свойство квантовой жидкости Не и Не протекать без внутреннего трения вязкости через узкие щели капилляры и т. п. Сверхтекучесть He при температурах ниже Т...Энциклопедический словарь естествознания
сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬуникальное состояние жидкости возникающее в гелии при очень низких температурах. Сверхтекучая жидкость отличается от обычных жидкостей тем что ее вязкость р...Энциклопедия Кольера II