超流動デモ実験低温物質科学研究センター松原明超流動4Heが見せる不思議な世界・超流動4He ・スーパーリーク・噴水効果・フィルムフロー 2003年11月21日於：理学部６号館液体4He ・無色透明の液体・１気圧のもとでは，4.2Kで液化軽い質量 + 弱い粒子間相互作用絶対零度まで固体にならない 5 絶対零度近傍で秩序相に転移 4 4 3 常流動 2 1 超流動4He He 固体 25気圧 P[MPa] 量子統計力学 →T=0[K]でエントロピーゼロ 0 0 超流動液体 1 2 臨界点 3 T[K] 2.17 K 4 5 気体 6 超流動4He １）Ｔ＜ 2.17 Ｋで粘性がなくなる →スーパーリーク２）大きな熱伝導率 →沸騰のない気化本日のデモンストレーション３）噴水効果４）フィルムフロー２）２流体モデル（温度で割合が変わる）常流動成分：粘性を持つ成分超流動成分：粘性を持たない成分 →様々な音波（温度の波など）超流動成分の割合常流動成分の割合 0 0.5 1 1.5 2 TC 2.5 T [K] 実験装置の概要 → ポンプ N 2 77K 4 He 4.2K 銅板（温度を一定にする）デュワー・マホービン：２重のガラス管・隙間は真空 N2 の「あわ」を減らす（表面からだけ蒸発） 1）超流動になると急に 4He の沸騰が止まる沸騰：熱伝導が悪い→局所的に気化 PT  気泡が出る P h P  gh  超流動：熱伝導非常に大きい温度一定表面からのみ気化 2）スーパーリーク超流動成分の割合常流動成分の割合 0 0.5 1 非常に細かい粉（アルミナ）少しでも粘性のある液体は流れない超流動成分：粘性ゼロ液体がしたたり落ちる低温ほど速く落ちる 1.5 2 TC 2.5 T [K] 3）噴水効果温度差つける・超流動成分と常流動成分の割合変化・圧力差がつくヒーターで温度を上げる超流動成分のみ通過 T  T T 勢いよく噴水のように吹き出す非常に細かい粉（アルミナ）少しでも粘性のある液体は流れない４）フィルムフローサイフォンの原理原子100個分ぐらいの厚さの薄い膜超流動の薄い膜を通じて He がビーカ－の外に流れ出てしまう。超流動膜によるサイフォンの原理フィルムフローに比べるととても遅い（薄すぎるため，通常は粘性のために流れない）