Лямбда-точка

График зависимости удельной теплоемкости от температуры.

Лямбда -точка — это температура , при которой нормальный жидкий гелий (гелий I) переходит в сверхтекучий гелий II (приблизительно 2,17 К при 1 атмосфере ). Самое низкое давление, при котором He-I и He-II могут сосуществовать, — это тройная точка пар-He-I-He-II при 2,1768 К (-270,9732 °C) и 5,0418 кПа (0,049759 атм), что является « давлением насыщенного пара » при этой температуре (чистый гелий в тепловом равновесии над поверхностью жидкости в герметичном контейнере). ^[1] Максимальное давление, при котором He-I и He-II могут сосуществовать, — это тройная точка ОЦК −He-I−He-II с твердым гелием при 1,762 К (−271,388 °C), 29,725 атм (3011,9 кПа). ^[2]

Название точки происходит от графика (на рисунке), который получается в результате построения удельной теплоемкости как функции температуры (для заданного давления в указанном выше диапазоне, в показанном примере при 1 атмосфере), который напоминает греческую букву лямбда . Удельная теплоемкость имеет острый пик, когда температура приближается к точке лямбда. Вершина пика настолько острая, что критический показатель, характеризующий расхождение теплоемкости, может быть точно измерен только в условиях невесомости, чтобы обеспечить равномерную плотность по значительному объему жидкости. Следовательно, теплоемкость была измерена в пределах 2 нК ниже перехода в эксперименте, включенном в полезную нагрузку космического челнока в 1992 году. ^[3] ${\displaystyle \lambda }$

Нерешенная задача по физике :

Объясните расхождение между экспериментальными и теоретическими определениями критического показателя теплоемкости α для сверхтекучего перехода в гелии-4. ^[4]

(еще нерешенные проблемы по физике)

Хотя теплоемкость имеет пик, она не стремится к бесконечности (вопреки тому, что может предполагать график), а имеет конечные предельные значения при приближении к переходу сверху и снизу. ^[3] Поведение теплоемкости вблизи пика описывается формулой где — приведенная температура, — температура точки Лямбда, — константы (различные выше и ниже температуры перехода), а α — критический показатель : . ^{[3] [5]} Поскольку этот показатель отрицателен для сверхтекучего перехода, удельная теплоемкость остается конечной. ^[6] ${\displaystyle C\approx A_{\pm }t^{-\alpha }+B_{\pm }}$ ${\displaystyle t=|1-T/T_{c}|}$ ${\displaystyle T_{c}}$ ${\displaystyle A_{\pm },B_{\pm }}$ ${\displaystyle \alpha =-0.0127(3)}$

Приведенное экспериментальное значение α существенно расходится ^{[7] [4]} с наиболее точными теоретическими определениями ^{[8] [9] [10],} полученными с помощью методов высокотемпературного расширения, методов Монте-Карло и конформного бутстрапа .

Смотрите также

• Холодильник с точкой лямбда

Ссылки

1. Доннелли, Рассел Дж.; Баренги, Карло Ф. (1998). «Наблюдаемые свойства жидкого гелия при давлении насыщенного пара». Журнал физических и химических справочных данных . 27 (6): 1217–1274. Bibcode : 1998JPCRD..27.1217D. doi : 10.1063/1.556028.
2. Hoffer, JK; Gardner, WR; Waterfield, CG; Phillips, NE (апрель 1976 г.). «Термодинамические свойства ⁴ He. II. Фаза bcc и фазовые диаграммы PT и VT ниже 2 К». Журнал физики низких температур . 23 (1): 63–102. Bibcode : 1976JLTP...23...63H. doi : 10.1007/BF00117245. S2CID  120473493.
3. Lipa, JA; Swanson, DR; Nissen, JA; Chui, TCP; Israelsson, UE (1996). «Теплоемкость и тепловая релаксация объемного гелия вблизи точки лямбда». Physical Review Letters . 76 (6): 944–7. Bibcode :1996PhRvL..76..944L. doi :10.1103/PhysRevLett.76.944. hdl : 2060/19950007794 . PMID  10061591. S2CID  29876364.
4. Рычков, Слава (2020-01-31). "Конформный бутстрап и экспериментальная аномалия удельной теплоты в точке λ". Журнал Club for Condensed Matter Physics . doi : 10.36471/JCCM_January_2020_02 .
5. Lipa, JA; Nissen, JA; Stricker, DA; Swanson, DR; Chui, TCP (2003-11-14). "Удельная теплоемкость жидкого гелия в условиях невесомости вблизи точки лямбда". Physical Review B. 68 ( 17): 174518. arXiv : cond-mat/0310163 . Bibcode : 2003PhRvB..68q4518L. doi : 10.1103/PhysRevB.68.174518. S2CID  55646571.
6. Для других фазовых переходов может быть отрицательной (например, для критической точки жидкость-пар , которая имеет критические показатели Изинга ). Для этих фазовых переходов удельная теплоемкость стремится к бесконечности. ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle \alpha \approx +0.1}$
7. Викари, Этторе (2008-03-21). "Критические явления и поток ренормгруппы многопараметрических теорий Phi4". Труды XXV Международного симпозиума по теории решеточного поля — PoS(LATTICE 2007) . 42. Регенсбург, Германия: Sissa Medialab: 023. doi : 10.22323/1.042.0023 .
8. Кампострини, Массимо; Хазенбуш, Мартин; Пелиссетто, Андреа; Викари, Этторе (2006-10-06). "Теоретические оценки критических показателей сверхтекучего перехода в $^{4}\mathrm{He}$ решеточными методами". Physical Review B . 74 (14): 144506. arXiv : cond-mat/0605083 . doi :10.1103/PhysRevB.74.144506. S2CID  118924734.
9. Хазенбуш, Мартин (26.12.2019). «Изучение улучшенной модели часов в трех измерениях методом Монте-Карло». Physical Review B. 100 ( 22): 224517. arXiv : 1910.05916 . Bibcode : 2019PhRvB.100v4517H. doi : 10.1103/PhysRevB.100.224517. ISSN  2469-9950. S2CID  204509042.
10. Честер, Шай М.; Ландри, Уолтер; Лю, Цзюньюй; Поланд, Дэвид; Симмонс-Даффин, Дэвид; Су, Нинг; Вичи, Алессандро (2020). «Выделение пространства OPE и точных критических показателей модели O(2)». Журнал физики высоких энергий . 2020 (6): 142. arXiv : 1912.03324 . Bibcode : 2020JHEP...06..142C. doi : 10.1007/JHEP06(2020)142. S2CID  208910721.

Внешние ссылки

• Что такое сверхтекучесть?