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 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 超流動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 常流動 固体 気体 液体 25気圧 2.17 K 臨界点 量子統計力学 →T=0[K]でエントロピーゼロ 絶対零度近傍で秩序相に転移 超流動4He
超流動4He 本日のデモンストレーション 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 →スーパーリーク ２）大きな熱伝導率 →沸騰のない気化 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） 本日のデモンストレーション 超流動成分の割合 常流動成分の割合
実験装置の概要 デュワー ・マホービン：２重のガラス管 ・隙間は真空 77K 4.2K → ポンプ 銅板 （温度を一定にする） → ポンプ 77K デュワー ・マホービン：２重のガラス管 ・隙間は真空 4.2K 銅板 （温度を一定にする） 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 気泡が出る 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 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 超流動成分の割合 常流動成分の割合 2）スーパーリーク 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
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 超流動成分のみ通過 勢いよく噴水のように吹き出す ヒーターで 超流動成分のみ通過 ヒーターで 温度を上げる 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 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 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）