Lichid cuantic

Un lichid cuantic  este un lichid ale cărui proprietăți sunt determinate de efecte cuantice . Aproape de zero absolut , conform ideilor fizicii clasice, mișcarea atomilor ar trebui să se oprească și substanța ar trebui să se transforme într-un cristal, ceea ce nu se întâmplă cu unele substanțe cu o masă atomică mică, energie zero mare (și, în consecință, zero semnificativ). vibrații ) și interacțiune slabă între atomi - atunci că rămân lichide se datorează efectelor cuantice [1] , care împiedică formarea unei rețele cristaline - la presiune normală, heliul rămâne lichid până la zero absolut, heliul cristalin poate fi obținut doar la o presiune crescută la 25 de atmosfere. Un lichid devine cuantic atunci când lungimea de undă termică de Broglie a particulelor sale devine comparabilă cu distanța dintre ele ( apare degenerarea cuantică a lichidului [2] . În funcție de faptul că particulele care alcătuiesc lichidul sunt bozoni sau fermioni , lichidele sunt numite bosonice sau fermionic, respectiv ( Bose- lichid sau Fermi lichid ).

Lichidele cuantice au fost descoperite de Peter Kapitsa și John Allen în 1938. În principiu, electronii din metale și semiconductori, excitonii din dielectrici și nucleonii din nucleii atomici formează lichide cuantice, totuși, heliu-4 și heliu-3 lichid, care sunt, respectiv, un lichid bosonic și un lichid fermionic, sunt considerate exemple clasice de astfel de lichide.

Lichidele cuantice își manifestă proprietățile neobișnuite în stări apropiate de starea fundamentală a energiei minime cuantice . În acest caz, starea excitată a lichidului poate fi descrisă ca un gaz de excitații elementare - cvasiparticule , care la rândul lor pot fi bozoni (care apar unul câte unul) sau fermioni (care apar în perechi, deoarece momentul unghiular al lichidului). se poate schimba numai cu un întreg h ). Cvasiparticulele Bose apar în ambele tipuri de lichide, cele Fermi doar în lichidele Fermi. Spre deosebire de atomii lichizi, cvasiparticulele se nasc și dispar în mod constant în interacțiuni între ele, în timp ce distribuția lor în starea de echilibru este dată de statisticile corespunzătoare cu o temperatură finită.

Particularitatea proprietăților lichidelor cuantice este asociată cu forma spectrului de excitații elementare, adică cu dependența energiei unei cvasiparticule de impulsul său. Astfel, lichidele Bose prezintă proprietatea superfluidității , asociată cu o dependență liniară a energiei de excitație elementară de impulsul la momente scăzute, iar în lichidele Fermi, atenuarea sunetului crește odată cu scăderea temperaturii, astfel încât la zero absolut, sunetul obișnuit în lichidele Fermi. (purtate de cvasiparticule Fermi) nu se poate propaga, dar așa-numitul sunet zero , purtat de excitațiile Bose ale unui lichid cuantic Fermi, există și se poate propaga.

Un alt efect care apare în lichidele cuantice Fermi este împerecherea cvasiparticulelor, care are loc la temperaturi scăzute dacă cvasiparticulele sunt atrase unele de altele. În acest caz, sub o anumită temperatură, cvasiparticulele cu momente direcționate opus formează perechi care se comportă ca bozoni și, în consecință, prezintă superfluiditate. Electronii de conducere dintr-un metal sunt un fel de lichid Fermi, care este influențat de câmpul periodic al rețelei cristaline [1] . În condiții de temperatură extrem de scăzută, electronii se pot condensa într-un lichid cuantic de perechi Cooper cu supraconductivitate .

Lichidele superfluide conțin condensatul Bose al particulelor lor constitutive și este descris de o funcție de undă macroscopică. Dimensiunea de coerență macroscopică a acestei componente de condensat îi permite să fie utilizat pentru măsurători de înaltă precizie, cum ar fi în cazul SQUID -urilor .

Neutronii din stelele neutronice vor forma, de asemenea, probabil un lichid cuantic, posibil superfluid.

Note

1. ↑ 1 2 Lichid cuantic - Dicționar enciclopedic fizic. — M.: Enciclopedia sovietică. Redactor-șef A. M. Prokhorov. 1983.
2. ↑ Lichid cuantic - articol din Enciclopedia fizică în 5 volume. — M.: Enciclopedia sovietică. Redactor-șef A. M. Prokhorov. 1988.

Literatură

Fluid cuantic - un articol din Enciclopedia fizică în 5 volume. — M.: Enciclopedia sovietică. Redactor-șef A. M. Prokhorov. 1988.

• Lichid cuantic // Italia - Kvarkush. - M .  : Enciclopedia Sovietică, 1973. - ( Marea Enciclopedie Sovietică  : [în 30 de volume]  / redactor-șef A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, vol. 11).
• Landau L. D., Lifshitz E. M.  Fizică statistică. a 2-a ed. M., 1964.
• Abrikosov A. A., Khalatnikov I. M.  Teoria lichidului Fermi // Uspekhi Fizicheskikh Nauk. 1958, v. 66, c. 2, p. 177.
• Fizica temperaturilor scazute / Per. din engleza. M., 1959.
• Pines D., Nozier F. Teoria lichidelor cuantice / Per. din engleza. M., 1967.

Dicționare și enciclopedii	Rusă mare