Suprafluidität

Superfluidität bezeichnet in der Physik den Zustand einer Flüssigkeit, bei dem die Flüssigkeit jede innere Reibung verliert. Superfluidität wurde 1937 von Pyotr Leonidovich Kapitsa, John F. Allen und Don Misener entdeckt.

Unterhalb einer bestimmten Temperatur (Lambdapunkt) gehen manche Flüssigkeiten in einen suprafluiden Zustand über. Das häufigste Helium-Isotop, ⁴He, wird unterhalb einer Temperatur von 2,17K suprafluid.

Suprafluidität läßt sich im Modell der Bose-Einstein-Kondensation erklären, bei der alle Bosonen den selben Quantenzustand besetzen. Im Gegensatz zu den bosonischen ⁴He-Atomen handelt es sich bei den Atomen des in der Natur selten vorkommenden ³He um Fermionen. Für diese gilt nicht die Bose-Einstein-Statistik, sondern die Fermi-Dirac-Statistik, für die ³He-Atome kann daher das Modell der Bose-Einstein-Kondensation nicht angewandt werden. Dennoch beobachtet man auch bei ³He unterhalb von 2,6mK Superfluidität. Dies ist jedoch kein Widerspruch, wenn man bei der Suprafluidität von ³He nicht von isolierten Atomen, sondern von der Überlagerung mehrerer Atomzustände ausgeht, die ihrerseits jeweils bosonischen Chrarakters sind. Dieser Ansatz ist ganz analog der Kopplung fermionischer Elektronen zu bosonischen Cooper-Paaren, der in der BCS-Theorie zur Erklärung der Supraleitung verwendet wird.

In der Chemie wird superfluides ⁴He in der Spektroskopie verwendet. Die Technik wird als Superfluid Helium Droplet Spectroscopy (SHeDS) bezeichnet. Gasmoleküle, die in superfluidem ⁴He gelöst sind, können de facto frei rotieren, als ob sie sich im Gas befänden.

Das Teilgebiet der Physik, das sich mit Superfluidität beschäftigt, ist die Quantenhydrodynamik.