manbet手机版二三年十月七日

manbet手机版控制微观世界的量子物理学具有广泛的壮观效应，这些效应通常不会发生在我们普通的宏观世界中。manbet手机版然而，在某些情况下，量子现象是可见的。manbet手机版今年的诺贝尔物理学奖授予了与超导和超流体这两种情况有关的工作。manbet手机版阿列克谢Abrikosovmanbet手机版而且manbet手机版维塔利金兹堡manbet手机版已经发展了超导理论和manbet手机版安东尼·莱格manbet手机版解释了一种超流体。manbet手机版超导性和超流性都发生在极低的温度下。

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manbet手机版当19世纪首次对电的本质进行研究时，很明显，金属和某些合金通过允许电子在原子之间移动来导电。manbet手机版但是电子无序的运动方式导致原子振动，从而产生热量。manbet手机版如果电流太强，热量会大到导体熔化。manbet手机版此外，人们还发现，电流通过导体会产生磁场，而磁场又会产生相反方向的电流。manbet手机版电和磁相互作用，因此可以相互抵消。

manbet手机版1911年，荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes有了一个了不起的发现。manbet手机版他对物质在低温下的性质特别感兴趣，并成功地生产出具有极低温度的液氦。manbet手机版当昂内斯研究汞的电导率时，他发现，当用液氦将金属冷却到绝对零度以上几度时，它的电阻就消失了。manbet手机版他将这种现象命名为manbet手机版超导性。manbet手机版虽然对这一现象找不到理论解释，但很明显，它对一个越来越依赖电力的现代社会具有深远的意义。manbet手机版1913年，昂内斯因此被授予诺贝尔物狗万世界杯理学奖。

manbet手机版两种类型的超导体

manbet手机版将近50年后，物理学家约翰·巴丁、利昂·库珀和罗伯特·施里弗(1972年诺贝尔物理学奖获得者)才能够提出一种理论(BCS理论，以他们姓氏的首字母命名)来解释这一现象。manbet手机版这一理论表明，超导体中的一些带负电荷的电子形成了对，称为库珀对。manbet手机版这些电子对沿着材料中带正电荷的金属原子的规则结构形成的吸引通道流动。manbet手机版由于这种结合和相互作用，电流可以均匀地流动，并发生超导性。manbet手机版成对的电子通常被认为是冷凝物，类似于在冷却气体中形成的液滴。manbet手机版与普通液体不同，这种“电子液体”具有超导性。

manbet手机版这些超导体被称为i型超导体。manbet手机版它们是金属，具有迈斯纳效应，也就是说，在超导状态下，只要周围的磁场强度不超过一定限度，它们就会主动中和周围的磁场(图1)。如果周围的磁场变得太强，超导性能就会消失。

manbet手机版但众所周知，有些超导体缺乏或只表现出部分迈斯纳效应。manbet手机版它们一般是由各种金属或非金属和铜组成的化合物制成的合金。manbet手机版它们即使在强磁场中也能保持超导性能。manbet手机版实验表明，这些所谓的ii型超导体的性质不能用BCS理论来描述。

manbet手机版阿列克谢Abrikosovmanbet手机版他在莫斯科卡皮察物理问题研究所工作，成功地提出了一种描述这一现象的新理论。manbet手机版他的出发点是对超导的描述，在这一描述中，超导凝聚体的密度在一个序参量(波函数)的帮助下被考虑进去。manbet手机版Abrikosov能够从数学上展示顺序参数如何描述涡旋，以及外部磁场如何沿着这些涡旋中的通道穿透材料(图2)。

manbet手机版图2所示。manbet手机版这张图像是ii型超导体中电子流体中的涡旋阿布里科索夫晶格。manbet手机版磁场穿过这些漩涡。

manbet手机版阿布里科索夫还能够详细预测涡旋的数量如何随着磁场强度的增加而增长，以及如果涡旋的核心重叠，材料中的超导性能如何丧失。manbet手机版这一描述是研究新型超导材料的一个突破，至今仍被用于新型超导体和磁体的开发和分析。manbet手机版他在20世纪50年代末发表的论文在过去十年中被越来越频繁地引用。

manbet手机版阿布里科索夫的理论依据是20世纪50年代初由manbet手机版维塔利金兹堡manbet手机版以及列夫·兰道(后者因其他工作被授予1962年诺贝尔物理学奖，见下文)。狗万世界杯manbet手机版这一理论旨在描述当时已知的超导体中的超导性和临界磁场强度。manbet手机版Ginzburg和Landau意识到，如果要解释超导体和磁性之间的相互作用，就必须引入一个描述材料中超导冷凝物密度的有序参数(波函数)。manbet手机版当引入该参数时，很明显，当达到约0.71的特征值时存在断点，原则上存在两种类型的超导体。manbet手机版对于汞，这一数值约为0.16，当时已知的其他超导体的数值接近这一数值。manbet手机版因此，当时没有理由考虑断点以上的值。manbet手机版阿布里科索夫能够通过证明ii型超导体恰好具有这些值来巩固这一理论。

manbet手机版我们对超导的知识已经带来了革命性的应用(图3)。具有超导特性的新化合物一直在被发现。manbet手机版在过去的几十年里，人们开发了大量的高温超导体。manbet手机版第一个是由Georg Bednorz和Alex Müller制作的，他们在1987年获得了诺贝尔物理学奖。狗万世界杯manbet手机版所有的高温超导体都是ii型。manbet手机版冷却是超导体应用的关键因素。manbet手机版一个重要的限制是77 K(-196°C)，液氮的沸点，这比液氦更便宜，更容易控制。

manbet手机版两种迷人的超流体

manbet手机版最轻的稀有气体，氦，在自然界中以两种形式存在，两种同位素。manbet手机版通常的形式表示为^{manbet手机版4}manbet手机版其中数字4代表原子核中核子的数量(两个质子和两个中子)。manbet手机版在不寻常的形式中，^{manbet手机版3.}manbet手机版原子核只有一个中子，所以质量较轻。manbet手机版在自然形成的氦中，较重的同位素比较轻的同位素更频繁，约为1000万倍。manbet手机版这就是为什么直到最近50年才有可能生产出大量的^{manbet手机版3.}manbet手机版例如，他在核电站工作。manbet手机版在常温下，这两种同位素的气体只在原子量上有所不同。

manbet手机版如果氦气被冷却到低温，大约比绝对零度高4度(-273.15°C)，气体会变成液体，它会凝结。manbet手机版这个过程和蒸汽凝结成水的过程是一样的。manbet手机版只要温度不是太低，这两种同位素的液体具有相似的性质。manbet手机版液氦被广泛用作冷却剂，例如在超导磁体中。manbet手机版当然，在这种情况下，我们使用的是自然产生的氦，也就是常见的、更便宜的氦，^{manbet手机版4}manbet手机版他。

manbet手机版如果液氦被冷却到更低的温度，两种同位素的液体之间就会产生巨大的差异;manbet手机版量子物理效应会导致液体失去对内部运动的所有阻力，它们会变成超流体。manbet手机版对于这两种超流体来说，这发生在完全不同的温度下，它们表现出广泛的迷人特性，例如从它们所保存的容器的开口自由流动。manbet手机版这些效应只能用量子物理学来解释。

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manbet手机版事实是^{manbet手机版4}manbet手机版他成为超流体是由彼得·卡皮察等人在20世纪30年代晚期发现的。manbet手机版年轻的理论家列夫·兰道(Lev Landau)几乎立即解释了这一现象，并因此项发现获得了1962年的诺贝尔物理学奖。狗万世界杯manbet手机版(卡皮察也被授予诺贝尔物理学奖，但直到1978年。)狗万世界杯manbet手机版从普通液体到超导液体的转变^{manbet手机版4}manbet手机版他出现在绝对零度以上大约2度的温度下，是玻色-爱因斯坦凝聚的一个例子，这个过程最近也在气体中被观察到(参见2001年诺贝尔物理学奖授予埃里克·康奈尔，沃尔夫冈·凯特勒和卡尔·威曼)。狗万世界杯

manbet手机版为^{manbet手机版3.}manbet手机版直到20世纪70年代早期，David Lee、Douglas Osheroff和Robert Richardson(1996年诺贝尔物理学奖获得者)才发现了这种转变为超流体状态的同位素。manbet手机版这一发现之所以来得这么晚，原因之一是这种转变发生在一个非常低的温度下，大约比原来的温度低1000倍^{manbet手机版4}manbet手机版他。manbet手机版尽管^{manbet手机版3.}manbet手机版他在量子物理方面与^{manbet手机版4}manbet手机版他不能直接经历玻色-爱因斯坦凝聚，这一发现并不出乎意料。manbet手机版多亏了20世纪50年代巴丁、库珀和施里弗提出的超导微观理论(见上图)，有了一种机制，即库珀对的形成，这一机制应该是与之平行的^{manbet手机版3.}manbet手机版他(图4)。

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manbet手机版图4。manbet手机版超流体中发生的对的形成manbet手机版3.manbet手机版他不同于发生在超导体中的电子之间(库珀对)。manbet手机版氦原子的磁性相互作用，而电子的磁性则相互抵消。

manbet手机版五花八门的超流体

manbet手机版第一个成功地以决定性的方式解释新超流体性质的理论家是manbet手机版安东尼·莱格manbet手机版上世纪70年代，他在英国苏塞克斯大学(University of Sussex)工作。manbet手机版他的理论帮助实验主义者解释他们的结果，并为系统的解释提供了一个框架。manbet手机版莱格特的理论，这个理论最初是为超流体而提出的^{manbet手机版3.}manbet手机版他在物理学的其他领域也很有用，例如粒子物理学和宇宙学。

manbet手机版超流体,^{manbet手机版3.}manbet手机版它由一对对原子组成，其性质比原子复杂得多^{manbet手机版4}manbet手机版他超流体。manbet手机版特别是超流体的原子对具有磁性，这意味着液体是各向异性的，它在不同的方向上具有不同的性质。manbet手机版这一事实被用于实验，在实验中，这种液体被发现后立即进行了研究。manbet手机版通过磁测量，揭示了超流体具有非常复杂的性质，表现出三种不同相的混合物。manbet手机版这三种相具有不同的性质，在混合物中的比例取决于温度、压力和外部磁场(图5)。

manbet手机版超流体^{manbet手机版3.}manbet手机版他是一种工具，研究人员可以在实验室中使用它来研究其他现象。manbet手机版特别是超流体中湍流的形成最近被用于研究有序如何转变为混沌(图6)。这项研究可能会导致对湍流产生方式的更好理解——经典物理学最后一个未解决的问题之一。

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manbet手机版图6所示。manbet手机版最近有研究表明，如果在装有超流体的旋转容器中产生涡旋manbet手机版3.manbet手机版他(a)，结果可能主要取决于温度。manbet手机版在临界温度以上，涡旋沿旋转轴排列(b)。在临界温度以下，涡旋发生混乱(c)。

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