А
79
∑
АБСОЛЮТ БЕЙТАРАП БӨЛШЕК – АЭРОСТАТИКА
98
99
(гелий-ІІ) деп, асқынаққыштық қасиеті
жоқ
4
Не–Не І (гелий І) деп аталған. Не
ІІ-нің асқынаққыштығын 1938 ж. Кеңес
физигі Петр
Капица (1894–1984) ашты.
1972 – 1974 ж.
3
Не сұйық гелийдің де
Т
а.а.
=2,6·10
–3
К төменгі температурада
және 2,58·10
4
мм сынап бағаны (34 атм)
қысымда асқынаққыштық қасиеті бола-
тыны айғақталды.
4
Не және
3
Не сұйық
гелийлердің асқынаққыштыққа ауысуы
ІІ текті фазалық ауысу болады.
Асқынаққыштық сұйықты тұтқыр-
лығы болмайтын сұйық ретінде қа-
растыруға болмайды, себебі Не ІІ сұйығына батырылған иірілмелі тербе-
лісті дискімен жасалған тәжірибе Т
λ
(«лямбда-нүктелерінен») алыс емес темпера-
турада тұтқырлық тудыратын тербелістер әлгі Не І-дегі тербелістерге ұқсас ағудан
аз ғана айырмашылығы болатынын аңғартқан.
Асқынаққыштықтың теориясын 1941 ж. Кеңес Одағы физигі Лев
Ландау
(1908 – 1968) тұжырымдаған. Осы теория
қос сұйықты гидродинамика деп
аталған. Бұл теория төменгі температурада Не ІІ-нің қасиеттері әлсіз қоздырыл-
ған кванттық жүйе ретіндегі түсінікке негізделген.
Не ІІ-ні өзара біріне-бірі енген екі құраушыдан: қалыпты және асқын-
аққыштықтардан құралған деп қарастыруға болады. Т
λ
температураға өте жақын
емес температура кезінде қалыпты құраушысы екі
квазибөлшектің фонондар
мен ротондардың
жиынтығы болады. Т = 0 болған кезде тығыздықтың қалыпты
құраушысы ρ
n
= 0 болады, осы жағдайда кез келген кванттық жүйе негізгі күйде
болады, қозған (квазибөлшектер) күй болмайды.
Абсолюттік нөл температурадан
бастап 1,7–1,8 К температураға дейінгі қарапайым қоздырулар жиынтығын Не ІІ-
де квазибөлшектердің идеал газы ретінде қарастыруға болады.
3
Не-тің асқынаққыштығы.
3
Не-тің атомдарының спині жарты бүтінге тең,
яғни олар
фермиондар, ал
3
Не – ферми-сұйықтығы. Егер фермиондар аралығында
жұптасып байланысқан купер жұбы деп аталған фермиондардың пайда болуына
әкелетін тартылыс күштері болса, онда мұндай жұптардың бүтін санды спині
болады. Осы белгі бойынша бұлар – бозондар
және де Бозе-конденсатын құра
алады.
3
Не-тегі бөлшектер арасындағы өзараәсерлесу күштері бірнеше мК
температурадағы
3
Не-те купер жұбы және асқын аққыштық пайда болатындай
Сифонға ұқсас әсер етуші бет. Жебелі сызық-
тармен бос ыдысқа құйылып жатқан сұйық
гелийдің беттік жұқа пленкасы бейнеленген
А
79
∑
АБСОЛЮТ БЕЙТАРАП БӨЛШЕК – АЭРОСТАТИКА
100
101
дәрежеде болады.
3
Не те асқынаққыштықтың ашылуы Померанчук эффектісі
мен магниттік салқындатуды игеру әдістерін меңгеруге жәрдемдесті.
Сұйық гелийдің асқынаққыштығы абсолюттік нөлге жуық температурада
өтетін ерекше кванттық-механикалық құбылыс. Егер газ тәрізді гелий 4,17 К
температураға дейін салқындатылса, ол сұйылады. Егер осы сұйық гелийді әрі
қарай салқындату жалғастырылатын болса, онда 2,17 К температура кезінде оның
қасиеті күрт өзгеріске ұшырайды. Әдеттегі түсінігіміздің аясында ақылға сыймай-
тын макроскопиялық құбылыс байқалады. Мысалы, осы гелий ІІ деп аталған түр
өзгерісімен жартылай толтырылған ыдыс қақпақсыз ашық қалдырылатын болса,
ыдыс өздігінен босап қалады. Сұйық гелий ыдыстың ішкі қабырғасының бетімен
жоғары көтеріліп (оның биіктігіне тәуелсіз) ыдыстың ернеуінен асып сыртқа
төгіліп ағады. Дәл осы құбылыс кері бағытта да орын алады (сызбаға қараңыз).
Егер бос ыдыс сұйық гелийге сәл ғана батырылатын болса, онда ол ыдыс сәлден
соң сыртқы гелий деңгейіне дейін өздігінен толады. Температура 2,17 К-нен де
төмен салқындатылатын болса, гелий ІІ-нің мөлшері артады. Абсолюттік нөл
температура кезінде сұйық гелийдің барлығы гелий ІІ-ге айналуға тиісті. Таза
сұйық гелий-ІІ-нің өзге бір ғажайып қасиеті, ол басқа денелерге күш түсірмейді.
Өрт сөндірушілердің қол сорғысынан – брандспойттан күшті қысыммен шапшып
шығатын гелий ІІ-нің ағыны қырынан тік қойылған металл шақаны (монетаны)
құлата (жыға) алмақ емес. Сұйық гелий әлгі шақаны орағытып ағып өтіп оған
ешқандай күш түсірмейді.
Сұйық гелий ІІ-де балық жүзе ала ма? Әрине жүзе
алмайды, себебі балық
өте төменгі температурада қатып қалады емес пе? Балық
қатып қалмайды дегеннің өзінде ол жүзе алмақ емес. Себебі гелий ІІ-де балықтың
итерілетіндей ешқандай тірек жоқ. Сол себепті Ньютонның бірінші заңына сүйеніп,
тыныштық күйін сақтау ғана қалмақ! Физиктер сұйық гелийдің осы таңырқарлық
қасиетін математика тілінде тұжырымдай отырып,
гелий ІІ-нің тұтқырлығы жоқ,
яғни ол нөлге тең деген қорытынды шығарған. Неліктен тұтқырлықтың жоқтығы
әзірше жұмбақ күйінде қалып отыр.
Сұйық гелийдің атомдары энергиясын және импульсін тек бірден секірісті
түрде ақтық (соңғы) шамаға өзгерте алатын ортақ кванттық жүйе құрады.
Сондықтан сұйық гелий белгілі жылдамдық бойынша асқынаққыштық қасиетке
ие болып бөгеттерді елемей үйкеліссіз ағады.
Сұйық гелийдің көп қасиеттері бар. Ол бір-біріне кедергі жасамай тәуелсіз аға
алатын екі сұйықтан құралған. Мұның біреуі – асқынаққыш, оның тұтқырлығы
жоқ, ал екіншісі – кәдімгі қалыпты гелий. Қалыпты компоненттердің салыстыр-
малы сипаты температураға тәуелді: абсолюттік нөл температурада бүкіл гелий
