Superfluiditet

**Superfluiditet** er en stofflig fase som karakteriseres ved at fluidet er viskositetsfritt, dvs. et superfluid som er satt i bevegelse vil forbli i bevegelse. Fenomenet har en kvantemekanisk opprinnelse, Bose-Einstein-kondensasjon, og fenomenet opptrer ved lave temperaturer. Fasen superfluiditet oppstår etter en annenordens faseovergang.

Superfluiditet kan finnes i følgende systemer
* Bosonisk helium
* Fermionisk helium
* Tynne gasser
* Nøytronstjerneoverflater

Superfluiditet ble oppdaget av John F. Allen og Don Misener i 1937, og parallelt også av Pjotr Kapitsa. I 1941 formulerte Lev Landau den teoretiske begrunnelsen bak fenomenet .

## Bosonisk helium
Bosonisk helium, 4He, er den desidert mest vanlige heliumisotopen og heretter kun omtalt som
helium. Helium er flytende under 4,22&nbsp;K (–268,93&nbsp;°C) og det eneste stoff som aldri blir fast ved kjøling dvs. det har smeltepunkt ved 0&nbsp;K (ved atmosfærisk trykk). Ved videre avkjøling er helium en vanlig viskøs væske, kalt helium I, ned til den såkalte lambda-temperaturen på 2,172&nbsp;K (–271&nbsp;°C), hvor superfluiditet oppstår ved en annenordens faseovergang. Denne fasen er kalt helium II. Det virkelig snodige med helium II er at væsken har en splittet natur: den har en superflytende og en normal komponent som flyter uavhengig av hverandre og avhenger av temperaturen slik at ved lambda-temperaturen er væsken helt normal og ved T=0&nbsp;K er væsken helt superflytende. Den superflytende komponenten er assosiert med en kompleks ordensparameter som også kan tolkes som en makroskopisk, kvantemekanisk, kompleks, bølgefunksjon.
Denne oppstår som resultat av en Bose-Einstein kondensasjon.Ordensparameteren og den annenordens faseovergangen har superfluider til felles med supraledning, som er et relatert fenomen.

Begrunnelsen for mangelen på friksjon i superfluid helium II ble gitt av Lev Landau i 1941, og den skyldes energispekteret: ved lave hastigheter vil det simpelthen ikke være mulig for beholderen å eksitere fononer i væsken og dermed er energioverføring til omgivelsene umulig, og ingen viskositet.

Videre har superfluidkomponenten null entropi.

Superflytende helium II har en rekke særegne egenskaper:
* Væsken er rotasjonsfri med unntak av kvantiserte virvler.
* En temperaturgradient i væsken påvirker ikke superfluidet.
* Superfluidet kryper opp langs veggene i beholderen den er i.
* En roterende plate vil etter en tid stoppe opp, noe som viser eksistensen av en normalkomponent.

## Fermionisk helium
Fermionisk helium, 3He, er en forholdsvis sjelden heliumisotop som har kokepunkt på 3.2K. Siden 3He tilfredsstiller Fermi-Dirac-statistikk, har den helt andre egenskaper ved lave temperaturer en bosonisk helium. Derfor kan den ikke helt uten videre få en Bose-Einstein-kondensasjon. Superfluiditet i 3He oppstår ved at atomene parvis adlyder Bose-Einstein statistikk, også kalt Cooperpar. Dette er det samme som skjer med elektronene i en superleder. Overgangen til superfluid skjer ved svært lave temperaturer, av orden mK.

## Tynne gasser
Noen gasser under ekstremt lav trykk og temperatur kan være superflytende, f.eks litium. Disse gassene er vanskelige å eksperimentere med, men er svært viktige fordi de er langt enklere å behandle teoretisk enn helium, som er en væske.
## Litteratur
* E.M.Lifshitz, L.P.Pitaevskii, «Statistical Physics, Part 2 : Volume 9»
* R.J. Donnelly, «Quantized Vortices in Helium II»
* C. J. Pethick, H. Smith, «Bose-Einstein Condensation in Dilute Gases»

## Relaterte emner
* Helium
* Kvantemekanikk
* Superledere
* Annenordens faseoverganger