Фізика низьких температур

❄️ Фізика при низьких температурах

Третій закон термодинаміки

S → 0 при T → 0. Неможливість досягнення абсолютного нуля за скінченний час. Квантова механіка домінує, класична термодинаміка непридатна.

Квантування

Енергія дискретна: E_n = (n+½)ℏω. Коливальні, обертаючі рівні. Рівень найменшого енергетичного рівня заполняється при T → 0.

Статистика

Бозони (фотони, π мезони, He-4) vs ферміони (електрони, He-3). Бозе-Ейнштейна статистика: конденсація. Фермі-Дірака: фермійка діра, блок Паулі.

🌊 Надплинність He-4

λ-перехід

T_λ ≈ 2.17 K для He I → He II (λ форма переходу). Надплинність: нульова в'язкість, сверхплинність. Внутрішня ентропія зникає.

Квантові вихори

Квантування циркуляції: v·dl = nh/m. Критична швидкість v_c ≈ 60 м/с для розбиття. Двокомпонентна модель: нормальна + надплинна.

Рівняння теплопровідності

Незвичайно висока κ для He II. Механізм: квантова конвекція. Онзагер-Фиксін механізм.

⚛️ Надплинність He-3

Ферміон

Спін 1/2: статистика Фермі-Дірака. Паулі виключення: фермійкова діра. Надплинність через Cooper pairs: спінове спарування.

Фазова діаграма

T_c ≈ 2.5 mK для B-фази, A-фази. Анізотропія, Superfluid A та B фази. NMR для дослідження структури.

⚡ Сверхпровідність

БКШ теорія

Cooper pairs: спарювання електронів через фонони. Gap Δ: енергетичний розрив. Mейсснер ефект: виключення магнітного поля.

Високотемпературна сверхпровідність

T_c до 138 K (H₂S під тиском). Cuprates: YBa₂Cu₃O₇ (T_c ≈ 92 K), Bi-2212 (T_c ≈ 110 K). Механізм незавершений.

🌌 Конденсат Бозе-Ейнштейна

Температура конденсації

T_c ≈ (ℏ²/(mk))(n/ζ(3/2))²/³. Для Rb: T_c ≈ 100 нK. Макроскопічна займаність одного квантового стану.

Зміни властивостей

Радіаційні картини, кохерентність. Інтерферометрія хвиль матерії. Квантові джерела, макроскопічна квантова механіка.

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте SPH Fluid і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.