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Sandbox Physics
低温液体与超导有序

材料 · 测量 · 解释

Landau 的液氦:先描述整个液体的激发

集体激发怎样把热、声和超流运动连起来?

  1. 激发液体

  2. 给集体运动赋予能量

  3. 比较热与声的响应

  4. 检验激发谱

激发谱约束理想无耗散流动;涡旋成核和边界会让实际流动更早失稳。

这里的粒子是集体激发

Landau 在 1941 年用准粒子组织液氦低能运动。声子型激发和 roton 分支描述强相互作用液体的集体运动,不是互不相干的单个氦原子。

1962 年授奖涵盖广泛凝聚态理论,尤其液氦。这个例子说明,有效描述也能对热力学作定量预言。

来源:[2]

能量与动量约束耗散能否发生

流体若要通过产生激发来损失能量,必须同时满足能量和动量条件。激发能量与动量之比的最小值,给出这类过程的 Landau 门槛;它不是装置一定能达到的流速。

vL=min⁡p>0ϵ(p)pv_{\mathrm L}=\min_{p>0}\frac{\epsilon(p)}{p}

来源:[2]

热测量与中子散射检验不同预言

两流体描述把携带熵的正常组分与超流组分连起来,第二声探测耦合热运动。后来的中子散射更直接检验激发能量,提供与窄通道流动不同的信息。

来源:[2]

稀薄气体占据只提供部分背景

占据模型解释量子统计,交叉模型讨论配对。致密液氦还需要相互作用与集体激发,不能完全塞进这两幅简化图景。凝聚分数和超流密度回答不同问题,不应直接等同。

来源:[2][1][3]

来源与阅读说明

  1. Leggett: Superfluid helium-3, the early days as seen by a theorist (2003)

    自旋三重态序和核磁共振把新液相与微观配对连起来。

  2. 1962 award presentation: Landau’s liquid-helium theories

    当时的官方介绍,涉及集体激发、中子检验和第二声。

  3. Nobel Prize in Physics 1962: official award

    核对获奖归属与年份。原始观测或理论论文往往早得多。

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