superfluiditeit

Superfluiditeit is een toestand van bepaalde quantumvloeistoffen waarin stroming zonder wrijving kan optreden en de vloeistof bij apt temperatuur een vrijwel nul-viscositeit vertoont. In het tweeledige Landau-Tisza-model bestaan er twee componenten: een supervloeistofgedeelte dat zonder dissipatie kan stromen en een normaal component dat gedissipeerde beweging vertoont. De verhouding van deze twee componenten hangt sterk af van de temperatuur en bij nul kelvin wordt idealiter de gehele vloeistof een superfluid.

Het bekendste voorbeeld is helium-4, dat onder de zogenaamde lambda-point van ongeveer 2,17 kelvin superfluid wordt. Helium-3 vereist veel lagere temperaturen en ontstaat daar uit pairingmechanismen vergelijkbaar met Cooperparen. Daarnaast zijn ultrakoude atoomgassen van bosonachtige atomen in labomstandigheden in staat een Bose-Einstein condensaat te vormen, wat ook superflow en gerelateerd fenomeen mogelijk maakt.

Belangrijke kenmerken van superfluïteit zijn onder meer een frictionless stroming en het vermogen om lange tijd persistente stromingen te behouden, doorstroom door zeer kleine openingen zonder merkbare remming, en fenomenen als tweede geluid (temperatuur- en entropiewaves) en tunnels en wervels met geciteerde circulatie. Een kenmerkende verschijningsvorm zijn quantiseerde wervels: de circulatie rond een vlaag is gecertificeerd in gehele oneindige veelvouden van h/m, wat samenhangt met de onderliggende quantumtoestanden.

Fysisch gezien komt dissipation bij hogere snelheden door excitations in het systeem (zoals phonons en rotons in helium-4), volgens de Landau-criterium voor de kritieke snelheid. In ultrakoude gasexperimentele systemen kunnen interacties en confinements leiden tot observeerbare superflow en vortelpools in torusvormige traps. De studie van superfluiditeit biedt inzicht in quantumfysica, kleinschalige vloeistoffen en toepassingen in precisie-meting en quantum simulaties.