כשמקררים הליום כמעט , מפסיקים להתנהג כאוסף חלקיקים עצמאיים ורבים מהם חולקים מצב קוונטי אחד. זה נשמע מופשט, אבל התוצאה נראית לעין בכלי זכוכית פשוט. מה הנוזל מתחיל לעשות?
הוא הליום-4, והמעבר מתרחש סביב 2.2 קלווין. נוצר , והתוצאה היא על-נוזל שיכול לעבור בסדקים דקים במיוחד, לטפס כסרט על דופן כלי ולהמשיך לזרום זמן רב בלי איבוד אנרגיה צמיגי רגיל, כלומר הוא אינו מתנהג כנוזל רגיל ואינו נעצר מעצמו. זהו אפקט קוונטי שנראה בקנה מידה שאפשר לצלם.
קפיצה מדד ב־1938 משהו שלא היה אמור לקרות: הליום נוזלי קר במיוחד עבר דרך חריצים צרים כל כך שכל נוזל רגיל היה נתקע בהם. ההתנגדות שלו לזרימה נראתה אפסית.
ההסבר מגיע מן הטמפרטורה. סביב 2.17 קלווין, כלומר קצת יותר משתי מעלות מעל האפס המוחלט, האטומים מפסיקים להתנהג כאוסף חלקיקים עצמאיים ורבים מהם חולקים מצב קוונטי אחד. מה שבדרך כלל מתבטל בממוצע כשיש הרבה חלקיקים, כאן מתחבר.
התוצאות נראות לעין ואפשר לצלם אותן: הנוזל עובר בסדקים בלתי אפשריים, ממשיך להסתובב זמן רב בלי לאבד אנרגיה, ומטפס כשכבה דקה על דופן הכלי עד שהוא יוצא ממנו מעצמו. זהו אפקט קוונטי בקנה מידה של מעבדה ולא של אטום בודד.
הסייג חשוב כדי לא למתוח את הניסוח. אפס מתאר רכיב אחד בתוך הנוזל; לפי , הליום קר מתנהג כתערובת של ורכיב רגיל, וככל שמתקרבים לטמפרטורת המעבר גדל החלק הרגיל. כלומר אין כאן נוזל שזורם לנצח בלי הפסד בכל תנאי, אלא התנהגות שמופיעה בתנאים מוגדרים היטב ונעלמת מחוץ להם.
wat. בקור קיצוני אטומי הליום פועלים יחד, ונוזל שלם חושף התנהגות קוונטית שאינה נשארת בעולם המיקרוסקופי.
wat wat
על-נוזליות חיברה בין מכניקת הקוונטים להתנהגות חומר נראית לעין, ומסייעת להבין מערכות קוונטיות קולקטיביות נוספות.
איך יודעים?
פיוטר קפיצה מדד ב-1938 זרימה חריגה של הליום נוזלי דרך חריצים צרים. ניסויים חוזרים קבעו את המעבר סמוך ל-2.17 קלווין, כלומר קצת יותר משתי מעלות מעל האפס המוחלט, ופיתחו את מודל שני הנוזלים.
מה עדיין לא יודעים?
הביטוי ״אפס צמיגות״ מתאר רכיב על-נוזלי בתנאים מוגדרים. הליום אמיתי כולל גם עירורים ורכיב רגיל, במיוחד מעל האפס המוחלט.
למדתם משהו?
מכאן ממשיכים
האם חלל ריק יכול לדחוף שתי מתכות?קוונטים
נתנו לאליגטור לשאוג בהליום. איזה חלק בקול שלו השתנה?הליום
האם ציפורים נודדות ממש רואות את השדה המגנטי?קוונטים