**Цвёрды гелій** — стан гелія пры тэмпературы, блізкай да абсалютнага нуля і ціску, які значна перавышае атмасферны. Гелій — адзіны элемент, які не стае цвёрдым, застаючыся ў вадкім стане, пры атмасферным ціску і як заўгодна малой тэмпературы. Пераход у цвёрды стан магчымы толькі пры ціску больш за 25 атм.

Гісторыя даследаванняў
----------------------

  

Пасля таго, як у 1908 Хэйке Камерлінгі-Онес здолеў дамагчыся кандэнсацыі гелія, ён паспрабаваў атрымаць цвёрды гелій. Адпампоўкай пароў яму ўдалося дасягнуць λ-пункту (1,4 К). За наступныя дзесяць гадоў даследаванняў атрымалася апусціцца да 0,8 К, але гелій заставаўся вадкім. І толькі ў 1926 г. вучань Камерлінгі-Онеса Вілем Хендрык Кеезам змог атрымаць 1 см³ цвёрдага гелія, выкарыстоўваючы не толькі нізкую тэмпературу, але і падвышаны ціск.

Фізічныя ўласцівасці
--------------------

Крышталь гелію з бурбалкамі вадкасці. Бірузовы - колер фону.
Фізічныя ўласцівасці гелію:

| Уласцівасць | 4He | 3He |
| --- | --- | --- |
| Малярны аб'ём, см³/моль | 21,1 (1,6 К) | 24 (0,65 К) |
| Мінімальны ціск утварэння (крышталізацыі), атм | 25 | 29 (0,3 K) |
| Шчыльнасць цвёрдага гелію, г/см³ | 0,187 (0 К, 25 атм) |  |
| Шчыльнасць вадкага гелію, г/см³ (0 К) | 0,145 | 0,08235 |

Цвёрды гелій - крышталічнае празрыстае рэчыва, прычым мяжу паміж цвёрдым і вадкім геліем цяжка выявіць, так як іх паказчыкі пераламлення блізкія. Шчыльнасць цвёрдага гелія вельмі малая, яна складае 0,187 г/см ³ (менш за 20% ад шчыльнасці лёду пры -273 °C). Для ўтварэння цвёрдага 3He неабходна яшчэ больш высокі ціск (29 атм) і яшчэ больш нізкая тэмпература (0,3 К). Шчыльнасць яго яшчэ ніжэй.

Уласцівасці гелію-4
-------------------

Фазавая дыяграма гелію-4
Для цвёрдага гелія-4 характэрны такі квантавы эфект, як крышталізацыйныя хвалі. Гэты эфект складаецца ў слаба загасальных ваганнях мяжы падзелу фаз «квантавы крышталь - звышцякучая вадкасць». Ваганні ўзнікаюць пры нязначным механічным уздзеянні на сістэму «крышталь-вадкасць». Дастаткова пры тэмпературы <0,5 К злёгку страсянуць прыбор, як мяжа паміж крышталем і вадкасцю пачынае вагацца так, як быццам гэта мяжа паміж дзвюма вадкасцямі.

Энтрапія і энтальпія плаўлення 4He пры тэмпературах <1 К звяртаюцца ў 0.

Для 4He асноўная сінгоныя - гексаганальныя (ГШЎ). На фазавай дыяграме бачная невялікая вобласць, дзе 4He пераходзіць у кубічную сінгоныю (АЦК). Пры адносна вялікіх цісках (1000 атм) і тэмпературы ~ 15 К з'яўляецца новая кубічных фаза ГЦК.

На малюнку абазначэнні фаз:

* hcp — гексаганальная шчыльная ўпакоўка (ГШЎ);
* fcc — гранецэнтрыраваная кубічная (ГЦК);
* bcc — аб'ёмацэнтрыраваная кубічная (АЦК).

Уласцівасці гелію-3
-------------------

Фазавая дыяграма гелію-3
Пры цісках <100 атм 3He крышталізуецца ў кубічную сінгонію (АЦК). Вышэй ~ 100 атм цвёрды 3He пераходзіць у фазу з гексаганальнай сіметрыяй (ГШЎ). Гэтак жа як і 4He, 3He пры цісках >1000 атм і ~ 15 К пераходзіць у кубічную фазу (ГЦК).

Ніжэй 0,3 К тэрмадынамічныя ўласцівасці вадкага і цвёрдага гелія-3 незвычайныя ў тым стаўленні, што пры адыябатычнаму сціску вадкі гелій астуджаецца, прычым з павелічэннем сціску астуджэнне працягваецца, пакуль вадкая фаза не ператворыцца ў цвёрдую. Гэта тлумачыцца значным укладам ядзернага магнетызму гелія-3 у яго энтальпію. Эфект атрымаў назву кампрэсыйнае астуджэнне гелія-3. Такі характар ​​паводзін гелія-3 быў тэарэтычна прадказаны І. Я. Памеранчуком у 1950 г. і эксперыментальна пацверджаны У. М. Фейрбенкам і Г. К. Уолтэрсам (1957), Ю. Д. Ануфрыевым (1965). З тых часоў астуджэнне метадам адыябатычнага сціску прымяняецца ў многіх лабараторыях. Такі метад дазваляе, пачынаючы з нізкіх тэмператур, падтрымоўваных крыёстатам растварэння, атрымліваць тэмпературы ніжэй 0,003 К, дастаткова нізкія для правядзення эксперыментаў са звышцякучым геліем.

Крывая плаўлення 3He пры Т<0,3 К мае адмоўную вытворную. З прычыны гэтага для гелія-3 назіраецца незвычайны фізічны эфект. Калі вадкі гелій-3, які знаходзіцца пры тэмпературы <0,01 К і ціску 30 - 33 атм, награваць, то пры ~ 0,3 - 0,6 К вадкасць змерзне.

Для цвёрдага гелія-3 таксама характэрны квантавы эфект крышталізацыйных хваляў, але выяўляецца ён пры тэмпературах <10−3 K.

Звышцякучасці ў цвёрдым гелію
-----------------------------

Падазрэнне ў тым, што звышцякучасцю могуць валодаць і цвёрдыя цела, выказвалася даволі даўно, аднак доўгі час ніякіх эксперыментальных указанняў на такую з'яву не было.

### Эксперыментальныя працы

У 2004 годзе было абвешчана аб адкрыцці звышцякучасці ў цвёрдым гелію. Гэта заява была зроблена на падставе эфекту нечаканага памяншэння моманту інерцыі круцільнага ківача з цвёрдым геліем. Наступныя даследаванні паказалі, аднак, што сітуацыя далёка не гэтак простая, і таму казаць пра эксперыментальны выяўленні гэтай з'явы пакуль заўчасна.

### Тэарэтычныя працы

У цяперашні час агульнапрынятай тэорыі, якая тлумачыць і якая апісвае звышцякучасці ў цвёрдым гелію, пакуль няма. Тым не менш, спробы пабудаваць такую ​​тэорыю робяцца. (Гл. напрыклад, артыкул M.Tiwari, A.Datta, «Supersolid Phase in Helium-4»).

### Крытыка арыгінальных прац

У шэрагу артыкулаў паказвалася, што анамальнае памяншэнне моманту інерцыі ўзору магло мець і іншае паходжанне (гл. напрыклад, папулярную нататку «Сверхтекучесть твердого гелия: сенсация отменяется?» и «Новые эксперименты с твердым гелием не подтверждают сенсацию»). У 2005 годзе былі апублікаваныя вынікі незалежных эксперыментаў, у якіх праяў звышцякучасці кампаненты ў цвёрдым гелію заўважана не было («Новые эксперименты с твёрдым гелием не подтверждают сенсацию»). У 2012 годзе ў рабоце, адным з аўтараў якой з'яўляецца аўтар першапачатковай публікацыі Мозэс Чан, было паказана, што інтэрпрэтацыя знойдзенага эфекту як пераходу цвёрдага гелія ў звышцякучы стан была памылковай.

Зноскі
------

1. ↑  *Duk Y. Kim, Moses H. W. Chan* Absence of supersolidity in solid helium in porous Vycor glass. — 30.07.2012. — arΧiv:1207.7050
2. ↑  *Сафин Д.*. Сообщения о сверхтекучести твёрдого гелия оказались ошибочными **(нявызн.)**(недаступная спасылка).  Компьюлента (18 кастрычніка 2012). Архівавана з першакрыніцы 19 кастрычніка 2012. Праверана 19 кастрычніка 2012.

| ⛭Тэрмадынамічныя станы рэчыва |
| --- |
| Цвёрдае цела | 
* Аморфнае
* Крышталічнае
* Аэрагель
	+ тэмпература плаўлення
	+ сублімацыя

 |
| Вадкасць | 
* Электраліт
* Перагрэтая вадкасць
* Пераахалоджаная вадкасць
* Расплавы
	+ крытычны пункт
	+ тэмпература кіпення

 |
| Газ | Пара |
| Плазма | 
* Электрамагнітная
* Кварк-глюонная
* Глазма

 |
| 

| Гл. таксама |
| --- |
| 
* Звышкрытычная вадкасць
* Выраджанае рэчыва
* Статыстыка Фермі — Дзірака
* Кандэнсат Базэ — Эйнштэйна
* Дзіўная матэрыя
* Ураўненне стану
* Крывая астуджэння
* Квантавая вадкасць
* Тэрмадынамічная фаза
* Фазавы пераход
* Тэорыя катастроф
* Цвёрды гелій
* λ-пункт
* Дысперсныя сістэмы
	+ раствор
	+ калоід
	+ грубадысперсная сістэма
	+ свабоднадысперсная калоідная сістэма
		- дым
		- золі
* Тэрмадынамічныя фазы квантавай вадкасці
	+ звышцякучасць
	+ звышцякучае цвёрдае цела
* Звычайныя і стандартныя ўмовы

 |

 |