Немного о явлениях будущего из прошлого. Сверхтекучесть.

24.04.2018 13:41

В журнале Nature вышла статья, посвященная 80 годовщине открытия явления сверхтекучести. В 1938 году явление сверхтекучести было открыто советским ученым Петром Леонидовичем Капицей, точнее открыто то оно было раньше, но было опубликовано в Nature 8 января 1938 года и, что забавно, статья длинной всего одна страница от начала и до конца, содержала в себе одну картинку и всего 2 цитирования. И, что вообще поражает, что спустя 40 лет Петр Капица за эту одну страничку получил Нобелевскую премию по физике (1978). Стоит сказать, что одновременно, в этом же номере журнала вышла другая статья двух ученых из Кэмбриджа - Джона Аллана и Дона Майзенера, которая была посвящена этому явлению. При этом изначально Аллан планировал работать вместе с Капицей в Мондонской лаборатории, но в 1934 году Сталин запретил Капице покидать территорию СССР и Аллан и Майзнер были вынуждены работать отдельно. Сейчас же считается, что это общее открытие трех ученых.

Что сделали эти ученые и почему их открытие так ценится до сих пор?

Для начала стоит вернуться еще раньше, в 1908 год, когда Голландский ученый Хейке Камерлинг-Оннес смог достичь рекордно низкой, на тот момент, температуры: 0,9 Кельвин или -272,25 градуса Цельсия. При этом целью эксперимента было не достижение абсолютного 0 (0 К или -273,15 C), а исследование свойств веществ при сверхнизких температурах (фактически он открыл сверхпроводимость, но об этом как-нибудь в другой раз). Для достижения таких низких температур ему потребовался жидкий Гелий, который он и смог синтезировать в 1908 году - это было одним из главных его открытий, за него он был удостоен Нобелевской премии в 1913 году: "за исследования свойств вещества при низких температурах, которые привели к производству жидкого Гелия". В настоящий момент жидкий Гелий применяется в большом количестве областей науки и техники, например: в МРТ для охлаждения магнитов, в Большом Адронном Коллайдере и тд.

Теперь вернемся к нашим героям - что же они сделали.

Капица понял, что при понижении температуры жидкого гелия до 2,17 К происходят невероятные изменения. Он провел эксперимент (картинка ниже), где использовал ванну с жидким гелием, 2 стеклянных диска с очень узким зазором между ними и трубку куда заливался жидкий гелий. Соответственно уровень гелия в трубке был сильно выше чем в остальной ванне и при температуре выше 2,17 К уровень жидкости в трубке медленно падал, до полного выравнивания его с уровнем гелия в ванне (закон сообщающихся сосудов). В момент когда температура системы падала ниже 2,17 К уровень жидкости в трубке падал почти мгновенно. Из этого Петр Леонидович сделал вывод, что при падении температуры ниже какого-то критического уровня вязкость жидкого гелия становится неизмеримо мала. Фактически гелий переставал испытывать трение со стенками сосуда и мгновенно проходил через тонкий зазор между дисками.