Supratekutost

Hélium II se „vyplazí“ po povrchu nádoby, aby našlo svoji vlastní hladinu – po krátké chvíli se hladiny v obou nádobách vyrovnají. Rollinova vrstva též pokryje vnitřek větší nádoby; kdyby nebyla zavřená, hélium II by se vyplazilo ven a uniklo.

Supratekutá látka nebo též supratekutina (z lat. supra = nad) je kapalina s nulovou viskozitou. Tato vlastnost se nazývá supratekutost. Donedávna byla pozorovaná jen u helia při teplotách blízkých absolutní nule. Ale i vodík dokáže být supratekutý, ale jen na nanoúrovni.^[1]

Objevení

Supratekutost objevil v roce 1937 ruský vědec Pjotr Leonidovič Kapica a nezávisle i John F. Allen spolu s A. D. Misenerem v laboratoři v Cambridge, a to pozorováním toho, že ⁴He při teplotách nižších než 2,17 K (nazývané He II) protéká trubicemi o průměru 4–10 cm bez měřitelného odporu. Přitom již v prvním dni úspěšného zkapalnění hélia (10. července 1908) Heike Kamerlingh Onnes dokázal vytvořit teplotu nižší než 2 K, v dalších experimentech dokonce teploty nižší než 1 K. V těchto teplotách je již ⁴He supratekuté. Na podivné chování kapalného helia pod teplotou 2,17 K ovšem upozornil až Willem Hendrik Keesom, žák profesora Onnese, v březnu roku 1926 na základě studia měrné tepelné kapacity. Pro odlišení kapalné fáze nad a pod teplotou 2,17 K zavedl označení He I a He II. Teorii (semimikroskopickou) supratekutosti ⁴He vytvořil Lev Davidovič Landau v roce 1941. Mikroskopická teorie v roce 1998 nebyla uspokojivě vybudována.^[2]

Supratekutost hélia

Atom 4
2 He obsahuje 2 protony, 2 neutrony a 2 elektrony, má tedy sudý počet částic. Všechny zmíněné částice jsou fermiony, dohromady tvoří ale celek, který nemůže mít poloviční spin. Atom jako celek se tedy chová jako boson. Pro bosony ale neplatí Pauliho vylučovací princip, a proto k jevu supratekutosti dochází díky vzniku Bose-Einsteinova kondenzátu.

Supratekutosti lze dosáhnout také u izotopu ³He, jehož atomy se chovají jako fermiony, k vzniku supratekutého stavu tedy dochází díky tvorbě Cooperových párů, tj. párování dvojic atomů s opačnými spiny. ³He se stává supratekutým při teplotách pod přibližně 0,0025 K.

Odkazy

Reference

↑ Hydrogen becomes a superfluid at nanoscale, confirming 50-year-old prediction. phys.org [online]. 2025-02-24 [cit. 2025-02-25]. Dostupné online. (anglicky)
↑ ŠAFRATA, R.S., [et al.]. Fyzika nízkých teplot [PDF online, velikost 25,5 MB]. 1. vyd. Praha: Matfyzpress, 1998. Kapitola Supratekutost, s. 89–90. Dostupné online. ISBN 80-85863-19-7.

Literatura

ROTTER, Miloš. Sto let kapalného helia. S. 265–277. Pokroky matematiky, fyziky & astronomie [online]. Praha: Jednota českých matematiků a fyziků (Union of Czech Mathematicians and Physicists), 2008. Vol. 53, issue 4, s. 265–277. Dostupné online. ISSN 0032-2423.
SKRBEK, Ladislav, a kol. Fyzika nízkých teplot. 1. vyd. Praha: Matfyzpress, 2011. ISBN 978-80-7378-168-2.

Související články

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu supratekutost na Wikimedia Commons
Encyklopedie fyziky – Supratekutost
www.superfluid.cz Archivováno 19. 10. 2014 na Wayback Machine.

[1] Hydrogen becomes a superfluid at nanoscale, confirming 50-year-old prediction. phys.org [online]. 2025-02-24 [cit. 2025-02-25]. Dostupné online. (anglicky)

[2] ŠAFRATA, R.S., [et al.]. Fyzika nízkých teplot [PDF online, velikost 25,5 MB]. 1. vyd. Praha: Matfyzpress, 1998. Kapitola Supratekutost, s. 89–90. Dostupné online. ISBN 80-85863-19-7.

[1]

[2]