Քվանտային հեղուկ

Քվանտային հեղուկ, հեղուկ, որի հատկությունները որոշվում են քվանտային օրինաչափություններով։ Քվանտային հեղուկի օրինակ է բացարձակ զրոյին մոտ ջերմաստիճաններում գտնվող հեղուկ հելիումը։

Մեխանիզմը 
Քվանտային օրինաչափությունները հեղուկում ի հայտ են գալիս շատ ցածր ջերմաստիճաններում, երբ հեղուկի մասնիկների ջերմային շարժման դը Բրոյլի ալիքի երկարությունը դառնում է միջմասնիկային հեռավորությունների կարգի։ Հեղուկ հելիումի համար այս պայմանը բավարարվում է 2-3 К ջերմաստիճաններում։ Համաձայն դասական մեխանիկայի պատկերացումների՝ բացարձակ զրո ջերմաստիճանում նյութի ատոմների տատանումների ամպլիտուդները պետք է ձգտեն զրոյի, և ատոմները պետք է զբաղեցնեն որոշակի դիրքեր, այսինքն՝ ցանկացած մարմին պետք է վերածվի բյուրեղի։ Այդ իսկ պատճառով բացարձակ զրոյին մոտ ջերմաստիճաններում հեղուկների գոյության փաստը կապված է քվանտային օրինաչափությունների հետ։ Քվանտային մեխանիկայի համաձայն՝ նույնիսկ բացարձակ զրո ջերմաստիճանում ատոմները չեն կարող գրավել որոշակի դիրքեր, և նրանց կինետիկ էներգիան հավասար չէ զրոյի, ատոմները կատարում են զրոյական տատանումներ։ Այդ տատանումների ամպլիտուդներն այնքան ավելի մեծ են, որքան փոքր են մասնիկների զանգվածները և փոխազդեցության ուժերը։

Եթե զրոյական տատանումների ամպլիտուդները համեմատելի են միջմասնիկային հեռավորությունների հետ, ապա նյութը մնում է հեղուկ վիճակում, նույնիսկ բացարձակ զրոյին մոտ ջերմաստիճաններում։ Բոլոր նյութերից միայն հելիումի երկու իզոտոպներ՝ 4He-ը և 3He-ը մթնոլորտային ճնշման դեպքում ունեն այնքան փոքր զանգված և թույլ փոխազդեցություն ատոմների միջև, որ մնում են հեղուկ վիճակում, նույնիսկ բացարձակ զրոյին շատ մոտ ջերմաստիճաններում։ Քվանտային հեղուկին բնորոշ հատկություններ ունեն նաև էլեկտրոնները մետաղներում։

Քվանտային հեղուկները բաժանվում են բոզե-հեղուկի և ֆերմի-հեղուկի։ Հայտնի է միայն մեկ բոզե-հեղուկ՝ հեղուկ 4He-ը որի ատոմների սպինը զրո է։ 3He իզոտոպի ատոմները և էլեկտրոնները մետաղներում ունեն կիսամբողջ սպին, հետևաբար այն ֆերմի-հեղուկ է։ Հեղուկ 4He-ը առաջին քվանտային հեղուկ է, որը բավական մանրամասն ուսումնասիրվել է։ 2,171 
ջերմաստիճանում և հագեցած գոլորշիների ճնշման պայմաններում 4He-ը ֆազային անցում է կատարում մի նոր վիճակի՝ Не II-ի, որի դեպքում ի հայտ է գալիս քվանտային նոր հատկություն՝ գերհոսունություն։ He II-ը առանց շփման կարող է հոսել մազական խողովակների և ճեղքերի միջով։ Հեղուկ 3He-ը և էլեկտրոնները ոչ գերհաղորդիչ մետաղներում չունեն գերհոսունության հատկություն։ Միակ և շատ կարևոր գերհոսելի ֆերմի-հեղուկը էլեկտրոններն են գերհաղորդիչ մետաղներում։

Քվանտային հեղուկի հատկություններ է ցուցաբերում նաե 3He-ի և 4He-ի խառնուրդը։

Քվանտային հեղուկի տեսությունից բխում է, որ շատ բարձր ճնշումների և ցածր ջերմաստիճանների դեպքում բոլոր նյութերը պետք է անցնեն քվանտային հեղուկի վիճակի (օրինակ, որոշ աստղերի ընդերքում)։

Տես նաև 
Գերհոսունություն

Քվանտային մեխանիկա
Հեղուկ
Ցածր ջերմաստիճանների ֆիզիկա