Второй звук в жидком гелии

Второй звук в жидком гелии — специфическое квантовомеханическое явление в жидком гелии, а также в некоторых других веществах, заключающееся в наличии двух скоростей звука для двух частей энергетического спектра элементарных возбуждений, фононной и ротонной.

Второй звук — слабозатухающие колебания температуры и энтропии в сверхтекучем гелии. Скорость распространения второго звука определяется из уравнений гидродинамики сверхтекучей жидкости в двухкомпонентной модели. Если пренебречь аномально малым для гелия коэффициентом теплового расширения, то в волне второго звука осциллируют только температура и энтропия, а плотность и давление остаются постоянными. Распространение второго звука не сопровождается переносом вещества. Во втором звуке передача тепла происходит путём волнообразного движения, а не более привычным механизмом диффузии. Это приводит к очень высокой теплопроводности. Название «второй звук» связано с тем, что движение волн тепла похоже на распространение звука в воздухе.

Второй звук в жидком гелии

Второй звук в гелии II наблюдается при температурах ниже лямбда-точки (2,1768 К), когда ⁴Не переходит в сверхтекучее состояние и имеет почти идеальную теплопроводность. При падении температуры к 0 К скорости волн температуры и энтропии растут. Они могут быть сгенерированы и наблюдаться в резонаторе. При температуре 1,8 К температурная волна распространяется со скоростью примерно 20 м/с. Озвучивались также результаты по сверхтекучести гелия в твердом теле, но они подвергались сомнению в ряде источников^[1].

Второй звук можно также интерпретировать как колебания концентрации квазичастиц в сверхтекучем гелии. В чистом ⁴He это колебания в системе ротонов и фононов.

Существование второго звука было предсказано теоретически Ландау, расчетное значение равнялось 25 м/с. Фактически измеренное — 19,6 м/с^[2].

Второй звук в других веществах

³He также обладает вторым звуком при температуре ниже 2,5 мК, ⁶Li также близко к 0 К. Сверхтекучесть ⁶Li наблюдалась при температуре 50 нК в Массачусетском технологическом институте в апреле 2005 года^[3]. Второй звук наблюдается также в некоторых диэлектрических твердых веществах, таких как Bi и NaF. В 2019 г. второй звук был обнаружен в графите^[4]

Примечания

↑ Сверхтекучесть твердого гелия: сенсация отменяется? (неопр.) Дата обращения: 6 декабря 2009. Архивировано 30 октября 2008 года.
↑ Академик П. Л. Капица, Свойства жидкого гелия (неопр.). Дата обращения: 18 мая 2014. Архивировано 21 февраля 2016 года.
↑ Новое состояние материи — газ с высокотемпературной сверхтекучестью получен физиками Массачусетского Технологического Института (неопр.). Дата обращения: 6 декабря 2009. Архивировано 12 марта 2016 года.
↑ S. Huberman1, R. A. Duncan, K. Chen, B. Song, V. Chiloyan, Z. Ding, A. A. Maznev, G. Chen, K. A. Nelson Observation of second sound in graphite at temperatures above 100 K Архивная копия от 4 мая 2019 на Wayback Machine // Science, 26 Apr 2019: Vol. 364, Issue 6438, pp. 375-379

[1] Сверхтекучесть твердого гелия: сенсация отменяется? (неопр.) Дата обращения: 6 декабря 2009. Архивировано 30 октября 2008 года.

[vivovoco-2] Академик П. Л. Капица, Свойства жидкого гелия (неопр.). Дата обращения: 18 мая 2014. Архивировано 21 февраля 2016 года.

[3] Новое состояние материи — газ с высокотемпературной сверхтекучестью получен физиками Массачусетского Технологического Института (неопр.). Дата обращения: 6 декабря 2009. Архивировано 12 марта 2016 года.

[4] S. Huberman1, R. A. Duncan, K. Chen, B. Song, V. Chiloyan, Z. Ding, A. A. Maznev, G. Chen, K. A. Nelson Observation of second sound in graphite at temperatures above 100 K Архивная копия от 4 мая 2019 на Wayback Machine // Science, 26 Apr 2019: Vol. 364, Issue 6438, pp. 375-379

[1]

[2]

[3]

[4]