Egy új kutatási eredmény kapcsán ismét reflektorfénybe került a szuperfolyékony kvantumgáz világa, amelynek egyik legismertebb példája a folyékony hélium. A különleges, viszkozitás nélküli anyag megértéséhez magyar tudósok is jelentős mértékben hozzájárultak az elmúlt évszázadban.
A szuperfolyékony hélium különleges tulajdonságai
Amikor a héliumot néhány Kelvin-fokra, az abszolút nulla közelébe hűtik, nem fagy meg, mint a legtöbb gáz, hanem cseppfolyós marad és szuperfolyékony állapotba kerül. Ennek lényege, hogy a folyadék szó szerint súrlódás nélkül áramlik át szűk réseken vagy kapillárisokon. Ez a tulajdonság a kvantummechanika világából ered, ahol a részecskék kollektíven, mintegy Bose–Einstein-kondenzátumként viselkednek.
Tisza László és a kétfolyadékos modell
A szuperfolyékonysággal kapcsolatos egyik leghíresebb elméletet a magyar fizikus, Tisza László dolgozta ki, aki a folyékony hélium viselkedését kétféle összetevő, a „normális” és a szuperfolyékony komponens csatolt rendszerével magyarázta. Ez a kétfolyadékos modell a mai napig meghatározó a szakterületen, hiszen sikeresen írja le a hélium szokatlan tulajdonságait, például, hogy egyes mozgásformák során nulla viszkozitással áramlik, míg máskor mégis mérhető ellenállást mutat.
A „második hang” felfedezése
Tisza László modelljéből egy egészen újfajta hullámjelenség leírása is megszületett: a folyékony héliumban a közönséges hanghullámokon kívül létezik egy úgynevezett „második hang” is. Ez a hullám nem a részecskék helyváltoztatásából ered, hanem a hőmérséklet inhomogenitásának hullámszerű terjedése. Vagyis a szuperfolyékony héliumban a hőmérsékleti különbségek nem diffúzióval, hanem gyorsan, hullám formájában terjednek.
Magyar fizikusok a kvantumfolyadékok kutatásában
A hélium szuperfolyékony állapotának kutatásában jelentős magyar sikerek születtek. Tisza László mellett több magyar kutató is hozzájárult a kvantumfolyadékok fizikai megértéséhez és nemzetközi elismertségéhez. Ennek köszönhetően a magyar tudomány máig meghatározó szereplője a kvantummechanikai anyagfázisok vizsgálatának.
A kutatások jelentősége
A szuperfolyékony kvantumgázok vizsgálata nemcsak elméleti érdekesség: napjainkban új lehetőségeket kínálnak például a precíziós mérés, anyagtudomány vagy akár az információtechnológia terén is. A különleges hő- és anyagvezetési tulajdonságok megértése segíthet új technológiák fejlesztésében, valamint bepillantást enged a természet extrém viselkedésének kvantummechanikai magyarázatába.
