Điều không tưởng về trạng thái siêu lỏng của vật chất

Là một hiện tượng kỳ lạ trong vật lý, trạng thái siêu lỏng (superfluidity) là một minh chứng tuyệt vời cho sự kỳ diệu của cơ học lượng tử trong thế giới vĩ mô, với tiềm năng ứng dụng khoa học và công nghệ to lớn.

19/01/2025 14:15

1. Được phát hiện trong Helium-4. Trạng thái siêu lỏng lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1937 bởi Pyotr Kapitsa, John F. Allen và Don Misener trong helium-4 lỏng ở nhiệt độ dưới 2.17 Kelvin. Ảnh: Pinterest.

2. Không có độ nhớt. Chất siêu lỏng có thể chảy mà không gặp bất kỳ lực cản nào, nghĩa là độ nhớt của nó bằng 0, một điều không xảy ra trong chất lỏng thông thường. Ảnh: Pinterest.

3. Xuất hiện trong Helium-3. Siêu lỏng không chỉ tồn tại trong helium-4 mà còn được quan sát trong đồng vị helium-3 ở nhiệt độ cực thấp (dưới 0.0025 Kelvin). Ảnh: Pinterest.

4. Helium-4 và helium-3 có cơ chế khác nhau. Siêu lỏng trong helium-4 xảy ra qua ngưng tụ Bose-Einstein, trong khi ở helium-3, nó xuất phát từ sự ghép cặp fermion. Ảnh: Pinterest.

5. Trạng thái hai pha (Two-fluid model). Siêu lỏng được mô tả bởi mô hình hai pha: một phần là chất lỏng siêu chảy không ma sát, phần còn lại là chất lỏng thông thường có độ nhớt. Ảnh: Pinterest.

6. Hiệu ứng 'chui qua lỗ nhỏ'. Chất siêu lỏng có thể chảy qua các lỗ nhỏ hoặc mao dẫn mà chất lỏng thông thường không thể vượt qua, nhờ việc không có ma sát nội bộ. Ảnh: Pinterest.

7. Hiện tượng 'leo tường'. Chất siêu lỏng có thể tự động leo lên thành cốc chứa, vượt qua lực hấp dẫn, do sự mất cân bằng năng lượng ở bề mặt. Ảnh: Funsizephysics.

8. Độ dẫn nhiệt vô hạn. Siêu lỏng có khả năng dẫn nhiệt cực kỳ hiệu quả, nghĩa là nhiệt độ của nó được phân bố đều khắp toàn bộ thể tích ngay lập tức. Ảnh: Pinterest.

9. Hệ quả của cơ học lượng tử. Trạng thái siêu lỏng là hệ quả của hiện tượng ngưng tụ Bose-Einstein (BEC) hoặc sự ghép cặp Cooper trong các hệ lượng tử, nơi các hạt hoạt động như một thực thể duy nhất. Ảnh: Pinterest.

10. Hiệu ứng Feynman: 'vòng xoáy lượng tử'. Trong siêu lỏng, dòng chảy xoáy chỉ có thể xuất hiện dưới dạng các 'vòng xoáy lượng tử' có tính chất rời rạc, khác hẳn với xoáy trong chất lỏng thông thường. Ảnh: Pinterest.

11. Siêu lỏng vũ trụ học. Một số lý thuyết cho rằng trạng thái siêu lỏng có thể tồn tại trong các ngôi sao neutron hoặc trong môi trường vũ trụ với mật độ cao và nhiệt độ cực thấp. Ảnh: Pinterest.

12. Ứng dụng trong đo lường chính xác. Siêu lỏng được sử dụng trong các thiết bị đo lường siêu nhạy như gyroscope lượng tử và đồng hồ nguyên tử. Ảnh: Pinterest.

13. Không có sóng âm thông thường. Trong siêu lỏng, các dao động âm thanh thông thường bị thay thế bởi hiện tượng 'sóng âm lượng tử' với tính chất khác biệt. Ảnh: Pinterest.

14. Ứng dụng trong siêu dẫn. Trạng thái siêu lỏng và siêu dẫn có liên hệ chặt chẽ về mặt lý thuyết, vì cả hai đều liên quan đến hiện tượng ghép cặp hạt (như cặp Cooper trong siêu dẫn). Ảnh: Pinterest.

15. Tiềm năng ứng dụng trong công nghệ lượng tử. Siêu lỏng đang được nghiên cứu trong các hệ thống lượng tử tiên tiến, như máy tính lượng tử và các cảm biến siêu nhạy. Ảnh: Pinterest.