I superfluidi dell'elio 3

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A temperature dell'ordine dei millikelvin l'elio liquido mostra effetti quantistici macroscopici; se si riuscirà ad avvicinarsi ulteriormente allo zero assoluto, si potrebbero ottenere fluidi ancor più straordinari

di [link=http://www.quellidellavialattea.com/gli_autori.htm#OLLI_V._LOUNASMAA]Olli V. Lounasmaa e George Pickett[/link]

Le temperature incredibilmente alte dei primi istanti di vita dell'universo non potranno probabilmente essere mai raggiunte, neppure con i più grandi acceleratori di particelle. Ma i fisici delle basse temperature hanno già da tempo superato la natura. Nei 15 miliardi di anni trascorsi dal big bang, nessun punto, in tutto l'universo, ha raggiunto temperature inferiori a 3 kelvin (la temperatura del fondo cosmico a microonde), mentre in laboratorio si ottengono temperature dell'ordine dei nanokelvin e dei picokelvin. I fenomeni studiati in queste condizioni non solo sono nuovi per la fisica, ma non si sono mai verificati tutta la storia dell'universo. Di tutti i fenomeni insoliti che danno luogo a temperature ultrabasse forse di più spettacolari sono la superfluità – ossia il flusso privo di attriti di un liquido – e il suo analogo in elettronica, la superconduttività. La super fluidità dell'elio 4 (l'isotopo più comune di questo elemento) è nota dal 1938. Nel 1972 Douglas D. Osheroff, Robert C. Richardson e David M. Lee della Cornell University scoprirono che anche l'elio 3 può diventare superfluido. Da circa 15 anni lo studio della super fluidità è di interesse centrale nella fisica delle temperature ultrabasse. Comportamento dell'elio 3 su per fluido può essere molto complesso, pur trattandosi di un liquido semplice, composto da atomi identici e chimicamente inerti di un gas nobile. Oltre a essere di per sé interessante, questa combinazione di semplice e più complesso rende l'elio 3 su per fluido una sostanza ideale per lo studio di molti problemi relativi alle fasi condensate della materia, dalle proprietà delle stelle di neutroni a quelle dei superconduttori ad alta temperatura. A bassa temperatura dell'elio è un “liquido quantistico”, ossia la meccanica quantistica influisce profondamente non solo sulle proprietà microscopiche, ma anche su quelle macroscopiche. La natura superfluida dell'elio è un compromesso fra la meccanica quantistica, che impone un'indeterminazione minima fondamentale al comportamento dei singoli atomi, e il terzo principio della termodinamica, secondo cui in una sostanza deve instaurarsi d'ordine perfetto con l'approssimarsi allo zero assoluto. Ad alte temperature e la fase dominante è quella gassosa e gli atomi hanno moti casuali; al diminuire della temperatura si ha liquefazione e successivamente congelamento in fase solida, la fase in cui la posizione di ogni atomo dovrebbe essere fissata univocamente.

Da un punto di vista quantistico, il principio di indeterminazione di Heisenberg afferma che non è possibile precisare simultaneamente la quantità di moto e la posizione di una particella; misurando la prima si produce indeterminazione nell'altra. Poiché gli atomi di elio sono molto leggeri e interagiscono debolmente, le loro posizioni sono indeterminate anche allo zero assoluto, non possono essere tenuti immobili abbastanza lungo da formare un solido a bassa pressione perché la loro energia cinetica di punto zero è rilevante. Il risultato abbastanza paradossale: l'elio superfluido rimane liquido anche le temperature più basse, ma al contrario dei liquidi comuni, in cui lo scorrimento fluido è segno di disordine interno, esso ha un ordine interno perfetto, anche se non evidente. Il particolare ordinamento che si verifica nell'elio liquido è una conseguenza della distinzione stabilita in meccanica quantistica fra i fermioni (così chiamati in onore di Enrico Fermi) e i bosoni (che prendono il nome da Satyendra Nath Bose). Fra i bosoni vi sono le particelle portatrici di forze, come i fotoni e i pioni. Il loro spin è un multiplo intero per quanto fondamentale del momento angolare, h, che è pari alla costante di Plank divisa per due volte pi greco . Un numero qualsiasi di bosoni può occupare simultaneamente lo stesso Stato quantico, per cui allo zero assoluto tutti i bosoni di un dato sistema possono condensare nello stesso stato quantico di minima energia. Le particelle che hanno spin uguale a un multiplo semiintero (1/2, 3/2 e così via) di h, come gli elettroni, i protoni e i neutroni, sono fermioni, le particelle da cui è costituita la materia. In ogni momento un solo fermioni può occupare un particolare Stato quantico, il che esclude la possibilità che tutte le particelle condensino in un singolo Stato di minima energia. Un atomo di elio 4 è costituito da due elettroni, due protoni e i due neutroni, con spin semiintero, per cui l'atomo nel suo complesso è un borsone. Quando l'elio 4 è raffreddato al di sotto di una temperatura critica, il punto lambda (2,17 kelvin a pressione nulla), il liquido inizia condensare nello stato di minima energia.

A temperature estremamente basse quasi tutti i liquido si trova in questo stato, e quindi un'unica funzione d'onda quantistica e descrive non solo il comportamento delle singole particelle, ma anche quello del liquido a livello macroscopico. Oltre a ciò, occorrono parecchia energia quantità di moto per portare il liquido in uno stato eccitato. È questa condizione che genera la super fluidità. In una fluido normale le collisioni fra atomo o fra questi e le pareti del contenitore possono facilmente portare un atomo da uno stato energetico a un altro di energia quasi uguale e dissipare così il flusso di un fluido. L'elio liquido lo stato fondamentale, tuttavia, non può passare da uno stato energetico a un altro in seguito a collisioni a bassa velocità. Non vi sono meccanismi che dissipino energia. La super fluidità nell'elio 3 è di natura abbastanza diversa. Gli atomi di questo isotopo, che contengono un numero dispari di neutroni e quindi il numero totale dispari di particelle, sono fermioni e pertanto non sono in grado di condensare in un unico stato fondamentale. La conseguenza di ciò è che l'elio3 non può divenire su per fluido con la stessa facilità del isotopo bosonico. Tuttavia, a una temperatura di transizione circa 1000 volte più bassa di quella dell'elio4, comincia a manifestarsi fra gli atomi di elio3 una debole attrazione. Gli atomi la cui quantità di moto e uguale e opposta tendono a formare coppie nelle quali le due particelle orbitano a distanza l'una intorno all'altra.

Queste coppie (chiamate coppie di Cooper dal nome di Leon N. Cooper, che propose un analogo accoppiamento di elettroni per spiegare la superconduttività) sono bosoni, dato che loro spin semiinteri si sommano fornendo un valore interno, e quindi possono condensare in un unico stato fondamentale e formare un superfluido. In realtà si formano due super fluidi, denominati 3He-A e 3He-B. Nella fase A gli spin nucleari dei due atomi tendono a giacere in un piano perpendicolare all'asse del moto orbitale, mentre nella fase B La correlazione è meno evidente. Dato che tutte le copie di elio 3 si trovano nello stesso Stato quantico, i rapporti fra spin e moto orbitale riguardano non solo le singole coppie ma l'intero superfluido. Nell'elio3 superfluido si ha direzionalità, come in un cristallo liquido: le copie di atomi possono essere allineati da fattori esterni come campi magnetici, flussi di liquido o superfici, e si dice allora che l'elio3 superfluido possiede una struttura interna. (gli atomi di elio4 non hanno spin ne proprietà direzionali particolari; perciò l'elio4 superfluido non ha struttura interna.)
Il comportamento dei superfluidi è di natura profondamente diversa da quello dei fluidi convenzionali. Un'anomalia notevole si manifesta quando si cerca di far ruotare un superfluido. Un liquido normale in un secchio che ruota su se stesso a velocità costante si muove con la stessa velocità angolare del secchio, come se fosse un corpo solido. La velocità, e quindi anche momento angolare, del liquido è proporzionale alla distanza radiale dall'asse di rotazione. Tuttavia non è possibile far ruotare nello stesso modo l'elio superfluido, perché esso è un liquido quantistico. La rotazione uniforme implica che la velocità, e di conseguenza il momento angolare, del liquido aumenti lineamente con la distanza dall'asse di rotazione. Il momento angolare è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda e quindi le funzioni d'onda quantistiche e degli atomi della parte più esterna del liquido devono avere una lunghezza d'onda minore di quella degli atomi più vicini all'asse di rotazione. Questo è certo possibile per gli atomi di un liquido normale perché ciascuno possiede la propria funzione d'onda. Ma tutti gli atomi di un campione di elio superfluido sono descritti da un'unica funzione d'onda quantistica ed è geometricamente impossibile costruire un insieme di creste e ventri disposti circolarmente la cui spaziatura diminuisca l'aumentare del raggio. L'elio superfluido esiste in uno stato di non rotazione nei confronti dell'intero universo. Una funzione d'onda la cui lunghezza d'onda aumenti all'aumentare del raggio è viceversa possibile. Questo andamento corrisponde al moto vorticoso di liquido: il flusso è più veloce al centro del vortice e rallenta all'aumentare del raggio.

In effetti, se si fa ruotare su se stesso un contenitore riempito di elio superfluido, anche a velocità angolare relativamente bassa, lo stato stazionario cessa di esistere e si ha formazione di minuscoli vortici. La rotazione non è distribuita uniformemente come avviene in un liquido convenzionale, ma si propaga nell'elio superfluido lungo l'asse dei vortici. Le interazioni fra i vortici e fra questi e le pareti del contenitore generano un certo attrito, e pertanto in queste condizioni l'elio non è più completamente superfluido. Il flusso rotatorio associato a ciascuno di questi vortici in miniatura respinge i vicini, cosicché i vortici formano un reticolo esagonale regolare. I vortici superfluidi nell'elio quattro sono già abbastanza interessanti, ma la struttura interna dell'elio3 superfluido dà origine a vortici dal comportamento ancora più complesso. Lo studio sperimentale di questi fenomeni è estremamente difficile: non solo si devono raffreddare i campioni fino ad appena qualche millikelvin o meno, ma occorre anche farli votare per produrre i vortici. Finora si è riusciti a risolvere questo problema solo facendo votare l'intero dispositivo sperimentale. La maggior parte dei dati sui vortici nell'elio3 è stata ottenuta a Helsinki con il criostato ROTA 1, in funzione dal 1981. Con questo dispositivo si raggiungono una velocità di rotazione anche di 30 giri al minuto e una temperatura di soli 0,6 millikelvin. Un modello perfezionato, ROTA 2, è è divenuto operativo nel 1988. ROTA è un progetto eseguito in collaborazione dall'accademia di Finlandia e dall'accademia delle scienze dell'unione sovietica; fra coloro che vi hanno preso parte vi sono Peter Berglund, Juri Bun'kov, Devi Garibasvili, Pertti Hakonen, Matti Krusius, Olli Lounasmaa, Juri Mukharskij, Kai Nimmila, Jukka Pekola, Riita Salmelin, Juha Simola, Ladislav Skrbek e Jelil Tsakadze.

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I contributi teorici di Martti Salomaa, Grigorij Volovik e i collaboratori sono inoltre stati decisivi per il successo del progetto ROTA. Quattro diversi metodi sperimentali sono stati impiegati per studiare il comportamento dell'elio3 nel criostato rotante: la risonanza magnetica nucleare (NMR); il giroscopio corrente alternata, che misura le variazioni di momento angolare del superfluido; la mobilità ionica, che funge da sonda assai sensibile della struttura del fluido; e gli ultrasuoni, la cui attenuazione dipende dalla struttura interna del fluido. Le attuali conoscenze sugli effetti della rotazione nell'elio3 superfluido sono dovute in gran parte a studi condotti con la risonanza magnetica nucleare: l'elio3 di rotazione è esposto un campo magnetico costante, e provoca precessione dell'asse di rotazione dei nuclei. Un segnale a radiofrequenza viene impiegato per investire gli spin nucleari e la frequenza adatta a provocare l'inversione dipende dalle interazioni fra gli atomi di elio3. L'esperimento con il giroscopio a corrente alternata, a cui ha preso parte anche Packard, ha permesso di misurare le proprietà di flusso dell'elio3. Il giroscopio è costituito da un toro orizzontale riempito di elio3 in materiale plastico polverizzato (per facilitare lo scorrimento superfluido), da un meccanismo che fa vibrare il toro e da strumenti che misurano la risposta del superfluido. In un tipico esperimento con il giroscopio, inizialmente si raffredda l'elio3 a una temperatura molto inferiore a quella di transizione a superfluido, mantenendo il campione a riposo. Poi il criostato che contiene il toro (nel quale vi sono l'elio3 e il materiale plastico polverizzato) viene fatto notare per 1 min a una velocità compresa tra 1 e 20 giri al minuto. Nei 5 min successivi alla rotazione gli sperimentatori registrano l'ampiezza delle vibrazioni intorno all'asse verticale; queste vibrazioni sono causate dalla precessione del superfluido rotante del toro e costituiscono una misura del momento angolare. Se la velocità di rotazione è bassa non vi è momento angolare del dispositivo dopo che il criostato è stato fermato. Quando esso nuota lentamente il superfluido si limita scivolare senza attrito attraverso i pori del materiale polverizzato ne toro .

Al di sopra di una velocità critica di 2-3 giri al minuto, iniziano a formarsi vortici; il superfluido viene trascinato e inizia a ruotare. Un certo momento angolare si conserva nel toro dopo che il criostato viene fermato. Uno dei primi esperimenti eseguiti con il giroscopio è stato un attento esame per controllare se l'3He-B fosse veramente un superfluido. Il criostato veniva fatto notare alla velocità massima per generare un grande momento angolare nel giroscopio a corrente alternata; veniva quindi fermato e si misurava il momento angolare. Dopo che il criostato era rimasto fermo per 48 h, mantenuto a una temperatura inferiore al punto di transizione a superfluido, si misurava di nuovo il momento angolare del fluido nel toro. Il momento angolare dell'3He-B rimaneva costante, nei limiti dell'errore sperimentale (se è pari al 10%). La resistenza flusso ricavata attraverso questo studio che almeno mille miliardi di volte inferiore a quella del normale elio3 liquido alla stessa temperatura.

Anche quando immobile, l'elio3 contiene stati eccitati, associati ad atomi che non fanno parte di coppie di Cooper. A ogni atomo non accoppiato è associata una particella “ombra”(una “buca”) rappresentata dallo stato non occupato dell'atomo a cui il primo si sarebbe accoppiato qualora lo stato fosse stato occupato. Questi stati eccitati combinano le proprietà di una particella e quelle di una buca. Se momento angolare è rilevante e predominano le proprietà “da particella”, mentre se è piccolo prevalgono le proprietà “da buca”. Lo Stato eccitato viene quindi chiamato a seconda dei casi, quasiparticella o quasibuca. Un altro esperimento presso uno speciale criostato costruito nel 1900 tanto da Tony Guénault e da uno di noi (Pickett) all'università di Lancaster. Questo strumento in grado di afferrare l'elio3 fino a circa 100 microkelvin, temperatura alla quale gli stati eccitati generati da effetti termici sono rari. Lo studio dei campioni raffreddati in questo criostato è stato seguito per mezzo di uno strumento straordinariamente semplice, ma efficace: un filo sottile di materiali superconduttori piegato in modo da formare un cappio semicircolare e fissato a entrambe le estremità ( [link=http://www.quellidellavialattea.com/un_cappio_di_filo_superconduttore.htm]illustrazione [/link]). Se questo filo viene collocato in un campo magnetico di bassa intensità, la corrente elettrica che lo percorre sottoposta a una forza così che il filo viene sospinto lateralmente. Una corrente alternata della giusta sequenza può far oscillare il filo alla sua naturale frequenza di risonanza oltre a ciò il filo, muovendosi nel campo magnetico, genera una tensione proporzionale alla sua velocità. Il filo può essere messo in movimento facendoli passare attraverso una corrente elettrica si può quindi osservare la risposta misurando la tensione questo semplice strumento è la sonda utilizzata in tutti gli esperimenti a bassissima temperatura nel laboratorio dell'Università di Lancaster. La potenziale applicabilità del cappio superconduttore allo studio della struttura del fluido è ancora più importante della sua capacità di misurare la temperatura dell'elio3 liquido come abbiamo visto, gli atomi dell'elio3 superfluido sono legati in coppie di Cooper; quando la velocità massima del cappio supera i 10 mm al secondo circa, il filo può fornire a una coppia energia sufficiente a scinderla in due atomi, o quasiparticelle.

A temperature e velocità minime, il moto del filo attraverso il fluido avviene quasi senza attrito; una volta raggiunta la velocità critica, tuttavia, le forze legate all'attrito aumentano rapidamente di vari ordini di grandezza, e così lo smorzamento del filo, anche se l'incremento di velocità è solo di qualche punto percentuale. Dato che la variazione dello smorzamento è così clamorosa alla velocità critica, qualsiasi scorrimento anomalo del fluido intorno al filo (che altererebbe la velocità apparente di quest'ultimo) potrebbe modificare in modo radicale il punto nel quale lo smorzamento inizia la sua rapida ascesa. La scissione delle coppie fornisce anche un metodo per produrre artificialmente in maniera controllabile qusiparticelle e quasibuche. Secondo il modello più semplice del processo di scissione delle coppie, sviluppato dal fisico canadese Philip Stamp, il filo funziona come un faretto mobile, emettendo un fascio di quasiparticelle in avanti e uno di quasibuche al indietro. Presso la temperatura di transizione a superfluido una notevole percentuale delle particelle non è accoppiata e il cammino libero medio di una particella fra una collisione e l'altra è molto breve. Il “vento”di quasiparticelle viene quindi rapidamente diffuso disperso da collisioni con le quasiparticelle e le quasibuche già presenti nel fluido. Tuttavia, riducendo la temperatura 1/10 della temperatura di transizione a superfluido, solo una particella su un milione risulta non accoppiata e la probabilità di collisione è tanto bassa che le particelle che costituiscono il “vento”potrebbero percorrere 1 km o più senza subire urti. gli esperimenti a basse temperature hanno dimostrato che questo modello è fondamentalmente corretto. Se si immerge un altro filo nell'elio3 liquido, le quasiparticelle e le quasibuche emesse dal primo filo che esercitano una forza sul secondo, facendolo muovere e generando una tensione. Il secondo filo subisce una forza direttamente proporzionale al numero di stati eccitati che lo colpiscono. Il numero di particelle nel “vento” è a sua volta proporzionale all'energia dissipata dal primo filo. Pressoché tutta l'energia fornita al primo filo è trasformata in stati eccitati perché non vi è altro meccanismo che permetta la dissipazione di energia.

Siamo anche riusciti a confermare che fascio è molto sottile osservando la distribuzione angolare delle quasiparticelle e messe. Rimangono tuttavia alcuni misteri irrisolti. Dato che il filo si muove avanti e indietro, il fascio pulsante di stati eccitati dovrebbe essere costituito da “pacchetti” di quasiparticelle e quasibuche in alternanza. Nel normale processo di diffusione di una quasiparticella da una parte di una superficie la quantità di moto della particella dovrebbe venire semplicemente invertita, cosicché essa imprimerebbe una spinta all’oggetto riflettente. Una quasibuca, invece, dato che possiede quantità di moto e velocità con versi opposti, quando viene riflessa dovrebbe esercitare un’azione traente. Tuttavia accade che il filo rivelatore subisca una spinta in entrambi i casi: sia quando viene colpito da pacchetti di quasiparticelle sia quando lo urtano pacchetti di quasibuche. Per comprendere le ragioni di questo fenomeno è necessario chiarire meglio la natura delle particelle e delle buche nell’elio3. Il concetto di buca deriva dal concetto di livello di minima energia, o stato fondamentale, di un sistema di particelle. Nello stato fondamentale di un sistema di fermioni, per esempio, le particelle occupano tutti gli stati di energia fino a un certo livello che è determinato dal numero di particelle presenti, dato che 2 fermioni non possono trovarsi nello stesso stato. Tutti i livelli di energia superiori sono vuoti. Uno stato fondamentale così definito è quello che gli studiosi di teoria dei campi chiamano vuoto perché, fino a quando gli stati di bassa energia rimangono occupati e nessuna particella è promossa in uno stato non occupato, nulla può interagire con esso.

Se si estrae in un singolo fermione da uno degli stati occupati e lo si colloca in uno stato di energia più alta la situazione cambia nettamente. La particella al livello energetico più elevato può ora interagire con diverse forze e si lascia alle spalle uno stato quantico vuoto: una buca. La particella e la buca si comportano in maniera sostanzialmente diversa. Se si imprime una spinta a una particella, essa si allontana. La sua quantità di moto e la sua energia aumentano o diminuiscono concordemente. Le buche, invece, hanno comportamento contrario: se si imprime una spinta a una buca essa si avvicina alla fonte della perturbazione. La quantità di moto di una buca riesce ad aumentare dell'energia e viceversa. Una buca si comporta pertanto come se possedesse una massa negativa. Le particelle non accoppiate nell'elio3 superfluido sono particolarmente interessanti. Le coppie di Cooper che costituiscono la parte superfluida – lo stato fondamentale – del liquido sono formate da particelle accoppiate aventi quantità di moto opposte. Di conseguenza gli atomi che non fanno parte di una coppia di Cooper sono accoppiati con una buca dotata di quantità di moto opposto o, se si preferisce, con uno stato vuoto nel quale dovrebbe trovarsi una particella con quantità di moto opposta. Questo fatto è alla base di un comportamento molto particolare. Nel caso di una particella normale vi è una relazione semplice tra energia e quantità di moto: entrambe aumentano o diminuiscono concordemente.

La situazione non è più così intuitiva quando si considerano le quasiparticelle dell'elio3. Un atomo non accoppiato la cui quantità di moto sia elevata si distingue facilmente perché gli altri stati aventi un'alta quantità di moto sono vuoti, mentre la buca ad esso associata (che è uno stato non contenente un atomo) è indistinguibile dagli altri stati vuoti che hanno quantità di molto elevata. La combinazione particella-buca appare esattamente come una particella reale e la sua energia è direttamente proporzionale alla quantità di moto. Al contrario,1 atomo non accoppiato la cui quantità di moto sia bassa è indistinguibile dalla moltitudine di particelle accoppiate con bassa quantità di moto; è la buca avente bassa quantità di moto (che si muove in senso opposto a quello della particella) a distinguersi. E l'energia della buca aumenta al diminuire della quantità di moto. Fra questi due estremi vi è un punto in cui l'energia della combinazione particella-buca è minima e la sua velocità si annulla.

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La direzione della velocità di una quasiparticella che ha quantità di molto bassa (e appare quindi come una buca) è opposta alla direzione della velocità di una quasiparticella con quantità di moto elevata (che appare come una particella). Di conseguenza una quasiparticella che entra in una regione dove una forza si oppone al suo moto perde gradualmente energia fino a che la sua velocità si annulla. A questo punto cominciano a prevalere le proprietà da buca, la direzione della velocità si inverte e la quasibuca ripercorre all'indietro la traiettoria precedente. In effetti una forza applicata trasforma in mondo dal nome di Aleksandr F. Andreev dell'Istituto dei problemi fisici di Mosca che per primo propose questo meccanismo nel contesto dei superconduttori. La riflessione di Andreev potrebbe spiegare il perché il secondo filo nell'esperimento del fascio di quasiparticelle avverta una spinta da parte sia delle quasiparticelle sia delle quasibuche. Quando mle quasiparticelle si trasformano in quasibuche in riflessione di Andreev in corrispondenza del secondo filo, questo subisce una spinta; e l'effetto di spinta si manifesta anche quando le quasibuche si sono trasformate in quasiparticelle. Questo fenomeno è del tutto dissimile dal processo normale, nel quale i due tipi di stati eccitati producono effetti opposti.

Lo strumento a due fili non serve solamente per mostrare il bizzarro comportamento delle quasiparticelle o delle quasibuche, ma fornisce tutti i componenti necessari per studiare la dinamica delle quasiparticelle nell'elio3 superfluido. Comprende una sorgente e un rivelatore e l'intero sistema opera a una temperatura di circa 100 microkelvin. Le ricerche di laboratorio sul comportamento dell'elio3 superfluido potrebbero aprire nuove prospettive allo studio di forme di materia che non esistono sulla Terra. Si ritiene, per esempio, che la materia neutronica nelle pulsar in rapida rotazione, sia superfluida, anche se latemperatura di questi corpi celesti raggiunge i 100 milioni di kelvin. Ovviamente la materia neutronica non può essere studiata in laboratorio, ma è forse possibile simularne il comportamento servendosi di elio3 o elio4 superfluido in rotazione. I neutroni com egli atomi dell'elio3, sono fermioni e si pensa che la materia neutronica diventi superfluida tramite lo stesso meccanismo di formazione di coppie di Cooper che è operante nell'elio3. Solo dettagliati calcoli teorici potranno stabilire se l'analogia tra l'elio3 superfluido e la materia neutronica è abbastanza stretta perché questi modelli siano utili.se è effettivamente così, si potranno condurre esperimenti sull'elio3 allo scopo di studiare le condizioni esistenti nelle stelle di neutroni.

Vi sono probabilità di scoprire altri superfluido e sulla Terra? Un candidato promettente è una soluzione diluita di elio3 in elio4 superfluido. A seconda della pressione, si possono ottenere soluzioni che contengano fino al 10% di elio3. A una temperatura sufficientemente bassa gli atomi di elio3 nella soluzione dovrebbero formare coppie di Cooper e dare origine alla fase superfluida. Nelle ricerche già condotte da diversi laboratori, tuttavia, finora non si è osservata alcuna transizione del genere. La densità degli atomi di elio3 in una soluzione di questo tipo è molto bassa e le interazioni fra di essi sono assai deboli. Si stima che la temperatura di transizione sia nell'ordine dei nanokelvin, quindi molto inferiore agli 80-100 microkelvin che finora sono stati raggiunti con soluzioni diluite di elio3 in elio4. Questo superfluido potrebbe consentirci di osservare tipi completamente nuovi di comportamento atomico. Gli atomi di elio3 formerebbero un superfluido, ma all'interno di un solvente superfluido: il nuovo sistema sarebbe costituito da due superfluidi compenetrantisi ma indipendenti. Questo superfluido a due componenti dovrebbe avere un comportamento ancora più strano di quelli conosciuti fino ad oggi. Oltre a ciò una teoria indica che in una soluzione diluita di elio3 potrebbero formarsi due differenti di coppie di Cooper. Il tipo predominante in una data soluzione dipenderebbe dalla concentrazione di elio3. Ad alte concentrazioni sarebbero coppie con gli spin nucleari dei due atomi paralleli, come nell'elio3 puro. A concentrazioni più basse, tuttavia, dovrebbero formarsi coppie con spin opposti mentre a concentrazioni intermedie i due tipi potrebbero coesistere fianco a fianco e dare origine a un superfluido a tre componenti. La verifica di una simile possibilità sarà attuabile solo in futuro, perché è probabile che questa transizione avvenga solo a temperature molto al di là dei limiti attualmente raggiungibili. Tuttavia non vi è dubbio che queste prima o poi verranno effettivamente raggiunte.

Fonte: http://www.quellidellavialattea.com/I_superfluidi_dell'elio_3.htm
Vedi: http://en.forums.wordpress.com/topic/the-super-fluid-universe-a-conclusion-from-cornell-university-scientist http://www.altrogiornale.org/news.php?extend.5462

I superfluidi dell'elio 3 ultima modifica: 2013-04-15T15:35:29+00:00 da Richard
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Noi siamo l'incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all'autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)