Süperakışkanlık

Süperakışkanlık maddenin sıfır akmazlığa sahip bir akışkan gibi davrandığı hâlidir. Bu fenomen ilk olarak sıvı helyum ile keşfedildiyse de yalnızca sıvı helyum teorisinde değil aynı zamanda astrofizik, yüksek enerji fiziği ve kuantum kütleçekimi teorilerinde de uygulama alanına girmiştir. Bu fenomen Bose-Einstein yoğunlaşması ile bağıntılıdır ancak özdeş değildir: Bütün Bose-Einstein yoğuşukları süperakışkan olmadığı gibi bütün süperakışkanlar da Bose-Einstein yoğuşuğu değildir.

Şek. 1. Helyum II yüzeyler boyunca kendi düzeyini bulmak için hareket eder ve kısa bir süre sonra iki kap içindeki düzeyler eşlenir. Rollin tabakası aynı zamanda büyük kabın cidarlarını da kaplar. Eğer kap kapalı olmasaydı helyum II dışarı doğru hareket ederek kaptan çıkabilirdi.

Şek. 2. Sıvı helyum süperakışkan hâlinde. Süperakışkan olarak kaldığı sürece bulunduğu kabın cidarlarında ince bir tabaka hâlinde yükselir. Dışarıya ulaştığında alttaki akışkanın üzerine bir damla oluşturduktan sonra düşer. Kap boşalana kadar damla damla dışarı çıkar.

Sıvı helyumun süperakışkanlığı

Sıvı helyumda süperakışkanlık etkisi Pyotr Kapitsa ve John F. Allen tarafından keşfedilmiştir. Bulunuşundan beri görüngüler ve mikroskopik teorilerle tanımlanmıştır. Helyum-4'te süperakışkanlık, helyum-3'te oluştuğundan daha yüksek sıcaklıklarda meydana gelir. Helyum-4'ün her atomu sıfır dönüsü nedeniyle bir bozon parçacığıdır. Bir helyum-3 atomu ise fermiyon parçacığıdır ve ancak çift olarak daha düşük sıcaklıklarda bozon parçacıkları oluşturabilir. Bu süreç süperiletkenlikte olan elektron çiftleşmesi ile benzerdir.

Ultrasoğuk atomik gazlar

Ultrasoğuk fermiyonik gazlarda süperkışkanlık 2005 yılının Nisan ayında MIT'de ekibiyle birlikte 50 nK sıcaklığında ⁶Li kullanarak kuantum girdaplarının oluştuğunu gözlemleyen Wolfgang Ketterle tarafından deneysel olarak kanıtlanmıştır. Benzer girdaplar daha önce ultrasoğuk bozonik gazlarda 2000 yılında ⁸⁷Rb üzerinde ve daha sonra iki boyutlu gazlarda gözlemlenmiştir. 1999 yılında Lene Hau benzer yoğuşuğu sodyum atomları kullanarak oluşturmuş ve ışığı yavaşlatarak tamamen durdurmuştur. Ekibi daha sonradan bu sıkıştırılmış ışık sistemini kullanarak şok dalgaları ve tornadoların süperakışkan analoglarını yaratmıştır.

Astrofizikte süperakışkanlık

Nötron yıldızlarının içinde süperakışkanlık bulunduğu fikri ilk olarak Arkadi Migdal tarafından öne sürülmüştür. Süperiletkenlerin içindeki elektronların, elektron örgüsü etkileşimi ile Cooper çiftleri oluşturmasına benzer şekilde, nötron yıldızının içinde yeterli derecede yüksek yoğunluğa ve düşük sıcaklığa sahip olan nükleonların Cooper çiftleri oluşturması ve süperakışkanlık ve süperiletkenliğin görülmesi beklenmelidir.

Yüksek enerji fiziği ve kuantum kütleçekiminde süperakışkanlık

Süperakışkan vakum teorisi, kuramsal fizik ve kuantum mekaniğinde fiziksel vakumun süperakışkan olarak kabul edildiği bir yaklaşımdır. Bu yaklaşımın ana amacı bilinen dört temel etkileşimin üçünü tanımlayan kuantum mekaniği ile kütleçekimi birleştiren bir bilimsel model geliştirebilmektir. Bu teori kuantum kütleçekimi teorisini açıklamak ve Standart Model'e eklenmek için bir adaydır. Bu teorinin geliştirilmesi sonucunda tüm temel etkileşimlerin tek bir modelde birleştirilmesi ve bilinen tüm etkileşimler ile temel parçacıkların süperakışkan vakumun değişik görünümleri olduğunun tanımlanmasının önü açılabilecektir.

Ayrıca bakınız

• Makroskopik kuantum fenomeni
• Bose–Einstein yoğunlaşması
• Süperakışkan helyum-4
• Süperiletken
• Süperkatı
• Kuantum hidrodinamiği
• Süperakışkan vakum
• Yavaş ışık