초유체

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헬륨2는 표면을 따라서 "흐르게" 된다.

초유체(超流體)는 물리학에서 점성이 전혀 없는 유체를 말한다. 따라서 초유체는 마찰 없이 영원히 회전할 수 있다. 초유체는 1937년표트르 레오니도비치 카피차, 존 앨런, 돈 마이스너에 의해 처음 발견되었다.

헬륨4의 상평형[편집]

헬륨4을 관찰하면 특이한 형태의 상평형 그림을 얻게된다. 일단 극저온저압일 때에는 액체(초유체)의 을 갖고, 저온 고압일 때에 비로소 고체가 된다. 이는 절대 영도에서 고체로 존재하는 다른 원소들과 비교할 때에 특이한 점이다. 극저온저압일 때 나타나는 초유체 상과 저압일 때에 나타나는 일반 액체 상사이의 상전이는 람다(λ)상전이라고 불리는데 이는 초유체에서 일반 액체로 상전이할 때에 견줌열이 그리스 문자 λ와 같은 형태로 발산하기 때문이다. 이때 이 임계 온도(람다점 λ)이하로 내려가면 초유체 상태로 전이된다. 헬륨3의 임계 온도는 약 1.02 mK이고, 헬륨4의 임계온도는 2.2K이다.

초유체 현상은 양자역학적인 현상으로 보스-아인슈타인 응축 모형으로 설명된다. 즉, 다수의 보손이 동일한 양자상태를 갖게 된다. 이와 같이 헬륨 입자가 모두 바닥상태로 응축될 수 있다. 즉 초유체 상태는 레이저, 초전도 현상와 같이 거시적인 양자역학적 상태이다.

헬륨3의 초유체 현상[편집]

보손헬륨4 원자와는 달리 자연상태에서 희귀한 헬륨3 원자는 페르미온이다. 따라서 헬륨3 입자는 보스-아인슈타인 통계를 적용할 수 없고, 페르미-디락 통계를 따르며, 보스-아인슈타인 응축 모형을 적용할 수 없다. 그럼에도 불구하고 헬륨3의 경우에도 초유체 현상은 관찰된다. 그러나 이는 보스-아인슈타인 응축 모형을 반증하는 예는 아니다. 헬륨3의 경우에 입자들은 개개의 페르미온으로 행동하지 않고, 두 입자가 짝을 이루어 보손화된다. 즉, 두 개의 페르미온이 하나의 보손처럼 행동하여 보스-아인슈타인 응축 현상을 나타내게 된다.

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