Pjotr Kapica

**Pjotr Leonidovič Kapica** (Kronštadt, 8. srpnja 1894. – Moskva, 8. travnja 1984.), ruski fizičar. Od 1921. do 1934. radio s Ernestom Rutherfordom na Univerzitetu Cambridge. Od 1935. ravnatelj Instituta za fiziku Sovjetske akademije znanosti u Moskvi, od 1955. upravljao programom umjetnih Zemljinih satelita. Znanstveni rad započeo ispitivanjem inercije elektrona i svojstava radioaktivnoga zračenja. Najpoznatiji su mu radovi s područja magnetizma i fizike niskih temperatura. Ustanovio da električni otpor polikristalnih metalnih uzoraka u jakom magnetskom polju raste linearno s jakošću polja (**Kapicin zakon**, 1929.). Razvio je metode za stvaranje ekstremno jakih magnetskih polja (1924.), te ukapljivanje helija (1934.) i kisika (1939.) u industrijskim razmjerima. Otkrio je suprafluidnost (supratekućina, 1938.), uočio temperaturni skok koji se pojavljuje na granici metala preko kojega se toplina predaje suprafluidnomu heliju (**Kapicin temperaturni skok**, 1941). Nakon 1945. bavio se i nuklearnom fizikom. Godine 1978. dobio je, zajedno s A. A. Penziasom i R. W. Wilsonom, Nobelovu nagradu za fiziku.

## Supratekućina ili suprafluidnost

**Suprafluidnost** je stanje ukapljenoga helija koje se očituje gibanjem tekućine bez trenja na ekstremno niskoj temperaturi uz očuvana adhezijska svojstva. Otkrio ju je 1937. Pjotr Leonidovič Kapica, a neovisno o njem otkrili su ju iste godine Donald Misener i John Frank Allen proučavajući pojave do kojih dolazi kada se helij ohladi na temperaturu nižu od 2.17 K. Ako se na primjer u suprafluidni helij djelomično uroni prazna posuda, po njezinim će se stijenkama u tankom sloju (do 30 nm) helij penjati i spuštati u posudu sve dok se razina helija u posudi ne izjednači s razinom okolnoga helija; ako se kapilarna cjevčica jednim krajem uroni u suprafluidni helij i osvijetli, na njezinu će gornjem kraju istjecati helij poput vodoskoka visoka do 10 centimetara (takozvani učinak vodoskoka). Danska fizičarka Lena Hau uspjela je 1999. u suprafluidu usporiti svjetlost do brzine 17 m/s, a 2001. uspjela ju je zaustaviti.

Helijevi izotopi 4He i 3He imaju različita suprafluidna stanja, a zbog različitoga broja neutrona u atomskoj jezgri (različitog spina) pripadaju različitim statistikama (kvantna statistika). Izotop helija 4He, sa spinom 0, je bozon, podvrgava se Bose-Einsteinovoj statististici, ukapljuje se na 4.2 K i prelazi u suprafluidno stanje na temperaturi 2.17 K, a izotop 3He, sa spinom 1/2, podvrgava se Fermi-Diracovoj statististici, ukapljuje se na 3.19 K, postaje suprafluidan na temperaturi 2.6 mK i ima dva različita suprafluidna stanja.

Teorijski doprinos tumačenju suprafluidnosti helijeva izotopa 4He prvi su dali Laszlo Tisza i Lev Davidovič Landau 1941. u dvokomponentnom modelu s kvazičesticama fononima i rotonima, a kvantnomehanički ju je nadogradio Richard Feynman. Objašnjenje suprafluidnosti izotopa 3He uklopilo se u poopćenu BCS-teoriju (supravodljivost). Postizanje suprafluidnosti još je vrlo skupo zbog potrebnih izuzetno niskih temperatura i iznimne čistoće helija, pa se primjenjuje uglavnom u znanstvenim istraživanjima, na primjer pri proučavanju pojedinačnih molekula plina u suprafluidu, gdje se one zbog nedostatka trenja gibaju potpuno slobodno; za održavanje osjetljivih mjernih instrumenata ili dijelova instrumenata na niskoj temperaturi (u astronomskom satelitu za opažanje infracrvenoga zračenja, IRAS, koji je lansiran 1983., s pomoću 720 litara suprafluidnoga helija instrumenti se čuvaju na temperaturi 1.6 K). U širem smislu stanje elektrona u supravodiču također je suprafluidno.

## Reference