তরল হিলিয়াম

তরল হিলিয়াম হল খুব কম তাপমাত্রা এবং প্রমাণ বায়ুমণ্ডলীয় চাপে হিলিয়ামের একটি ভৌত অবস্থা। তরল হিলিয়াম অতিতারল্য প্রদর্শন করতে পারে।
প্রমাণ বায়ুমণ্ডলীয় চাপে, মৌলিক পদার্থ হিলিয়াম, অত্যন্ত কম তাপমাত্রায়, প্রায় -২৬৯ °সেন্টিগ্রেডে (প্রায় ৪ কেলভিন বা −৪৫২.২ °ফা) তরল আকারে থাকে। এটির স্ফুটনাংক এবং সংকট বিন্দু নির্ভর করে হিলিয়ামের কোন সমস্থানিক উপস্থিত রয়েছে তার উপর: সাধারণ সমস্থানিক হল হিলিয়াম-৪ এবং বিরল সমস্থানিক হিলিয়াম-৩। শুধুমাত্র এই দুটিই হিলিয়ামের স্থিতিশীল সমস্থানিক। এই ভৌত রাশির মানগুলির জন্য নীচের ছকটি দেখুন। স্ফুটনাংকে এবং এক বায়ুমণ্ডলীয় চাপে (১০১.৩ কিলো পাস্কাল) তরল হিলিয়াম-৪ এর ঘনত্ব প্রায় ০.১২৫ গ্রাম প্রতি সেমি, বা তরল জলের ঘনত্বের প্রায় ১/৮ ভাগ।
১৯০৮ সালের ১০ই জুলাই, হিলিয়ামকে প্রথম তরলিত করা হয়েছিল, নেদারল্যান্ডসের লাইডেন বিশ্ববিদ্যালয়ের ওলন্দাজ পদার্থবিদ হেইকে কামারলিং ওনেস এটি করেছিলেন। সেই সময়ে, হিলিয়াম-৩ সম্বন্ধে জানা যায়নি কারণ ভর বর্ণালীমাপক তখনও আবিষ্কৃত হয়নি। আরও সাম্প্রতিক দশকে, তরল হিলিয়াম একটি নিম্নতাপীয় শীতলকারী হিসাবে ব্যবহৃত হয়েছে (যেটি নিম্নতাপীয় শীতলকে ব্যবহৃত হয়), এবং তরল হিলিয়াম অতিপরিবাহী চুম্বকে ব্যবহারের জন্য বাণিজ্যিকভাবে উৎপাদিত হয়। ব্যবহারগুলির মধ্যে আছে চৌম্বকীয় অনুরণন প্রতিচ্ছবি (এমআরআই), নিউক্লীয় চৌম্বক অনুরণন (এনএমআর), চৌম্বকীয় এনসেফেলোগ্রাফি (এমইজি) এবং পদার্থবিজ্ঞানের নানা পরীক্ষা, যেমন নিম্ন তাপমাত্রায় মোসবাউর বর্ণালী।
হিলিয়াম-৩ পরমাণু হল একটি ফার্মিয়ন। খুব কম তাপমাত্রায় এগুলি দ্বি-পরমাণু কুপার যুগ্ম গঠন করে, যা বোসনীয়, এবং একটি অতিতরলে ঘনীভূত হয়। এই কুপার যুগ্মগুলি আন্তঃআণবিক বিভাজনের চেয়ে যথেষ্ট বড়।
হিলিয়াম পরমাণুগুলির মধ্যে দুর্বল আকর্ষণের কারণে তরল হিলিয়াম উৎপাদন করতে প্রয়োজনীয় তাপমাত্রা কম থাকে। হিলিয়াম একটি নিষ্ক্রিয় গ্যাস বলে, হিলিয়ামে থাকা এই আন্তঃপারমাণবিক বল দুর্বল, তবে কোয়ান্টাম বলবিজ্ঞানের প্রভাবে আন্তঃপারমাণবিক আকর্ষণ আরও হ্রাসপ্রাপ্ত হয়। এগুলি হিলিয়ামের ক্ষেত্রে তাৎপর্যপূর্ণ কারণ এর পারমাণবিক ভর মাত্র চার পারমাণবিক ভর একক (ডাল্টন)। তরল হিলিয়ামে, যদি এর পরমাণুগুলি, প্রতিবেশী পরমাণু দ্বারা কম আকৃষ্ট থাকে তাহলে তার সর্বনিম্ন শক্তির পরিমাণ কম হয়। সুতরাং স্বাভাবিকভাবেই, তরল হিলিয়ামে, এর সর্বনিম্ন শক্তি অবস্থা, এর গড় আন্তঃপারমাণবিক দূরত্বের বৃদ্ধি দ্বারা হ্রাস পেতে পারে। তবে দূরত্ব বৃদ্ধি পেলে, হিলিয়ামে আন্তঃপারমাণবিক বলের প্রভাব আরও দুর্বল হয়ে যায়।
হিলিয়ামে খুব দুর্বল আন্তঃপারমাণবিক বলের কারণে, পরম শূন্য তাপমাত্রায় এর গলনাঙ্কে আসার পর, এটি বায়ুমণ্ডলীয় চাপে তরল থাকে। তরল হিলিয়াম কেবলমাত্র খুব কম তাপমাত্রায় এবং প্রচণ্ড চাপে কঠিনে পরিণত হয়। গলনাঙ্কের নিচের তাপমাত্রায়, হিলিয়াম-৪ এবং হিলিয়াম-৩ উভয়ই অতিতরলে পরিণত হয়। (নিচে ছক দেখুন।)
তরল হিলিয়াম-৪ এবং বিরল হিলিয়াম-৩ সম্পূর্ণরূপে মিশ্রিত হয়না। ০.৯ কেলভিন তাপমাত্রার নীচে, তাদের সম্পৃক্ত বাষ্প চাপে, দুটি তরল সমস্থানিকের মিশ্রণ ঘটালে একটি সাধারণ তরলে দশা পৃথকীকরণ হয়। মূলত হিলিয়াম-৪ নিয়ে গঠিত ঘন অতিতরলে বেশিরভাগ হিলিয়াম-৩ ভেসে থাকে। এই পর্যায় পৃথকীকরণ ঘটে কারণ পৃথক হয়ে তরল হিলিয়ামের সামগ্রিক ভর তার তাপগতীয় ব্যবস্থায় অভ্যন্তরীণ তাপগতীয় বিভব হ্রাস করে দেয়।
অত্যন্ত কম তাপমাত্রায়, হিলিয়াম-৪ সমৃদ্ধ অতিতরল অবস্থার দ্রবনে ৬% পর্যন্ত হিলিয়াম-৩ থাকতে পারে। এটি মিলি কেলভিন তাপমাত্রায় পৌঁছাতে পারে বলে এটি দিয়ে লঘুকরণ হিমায়কের ছোট আকারের ব্যবহার সম্ভব হয়েছে।
সাধারণ তরল হিলিয়াম থেকে অতিতরল হিলিয়াম-৪ এর বৈশিষ্ট্য যথেষ্ট আলাদা।
১৯০৮ সালে, ওলন্দাজ পদার্থবিদ হেইকে কামারলিং ওনেস অল্প পরিমাণ হিলিয়ামের তরলীকরণে সফল হয়েছিলেন। ১৯২৩ সালে, তাঁর উপদেশ অনুযায়ী, কানাডীয় পদার্থবিজ্ঞানী জন কানিংহাম ম্যাকলেনান প্রথম, চাহিদা অনুযায়ী প্রচুর পরিমাণে তরল হিলিয়াম উৎপাদন করেছিলেন। 
তরল হিলিয়ামের বৈশিষ্ট্যগুলি নিয়ে প্রাথমিক প্রাথমিক কাজটি করেছিলেন সোভিয়েত পদার্থবিদ ল্যেভ লান্দাউ, পরে আমেরিকান পদার্থবিদ রিচার্ড ফাইনম্যান তাঁর কাজটি এগিয়ে নিয়ে গিয়েছিলেন।