Sólyom Jenő

Az alacsony hőmérsékletek titkai

Az emberi élet viszonylag keskeny hőmérséklet-tartományban lehetséges. Bizonyos természeti jelenségek azonban csak ennél sokkal magasabb vagy sokkal alacsonyabb hőmérsékleteken játszódhatnak le. Az ősrobbanás után extrém magas hőmérsékleten indult meg az univerzum kialakulása. Laboratóriumokban eljuthatunk a hőmérsékleti skála másik végéhez, az abszolút nulla fok közelébe. Alacsony hőmérsékleteken a rendezettségre való törekvés és az, hogy egyre fontosabbá válik az anyag kvantumos természete, egy sor új, szobahőmérsékleten nem tapasztalható jelenséghez vezet. Az előadás a szuperfolyékonyság és a szupravezetés példáján mutat be két ilyen jelenséget, és rámutat arra, hogy bár a szupravezetés alacsony hőmérsékleteken valósul meg, széles körben alkalmazható.

I. Bevezetés
Szobahőmérsékleten az anyagok három halmazállapotát, fázisát különböztetjük meg. Magasabb hőmérsékleten általában rendezetlenebb, alacsonyabb hőmérsékleten rendezettebb fázist találunk. Az átmenet közöttük éles fázisátalakulással történik. A természetben azonban sokkal több rendezett fázis létezik, különösen alacsony hőmérsékleteken.

II. A szélsőségesen magas hőmérsékletektől a szélsőségesen alacsonyakig
Az ősrobbanás után extrém magas hőmérsékleten indult meg az univerzum kialakulása. Előbb hirtelen, majd lassabban hűlve a világűrben ma 3 K hőmérsékletű sugárzást találunk. Laboratóriumokban ennél sokkal alacsonyabb hőmérsékletet is elő tudunk állítani.

III. Mit várunk alacsony hőmérsékleten?
Alacsony hőmérsékleten a részecskék egyre alacsonyabban fekvő energiaszintre kerülnek, lényegessé válnak a kvantumos hatások.

IV. Szuperfolyékonyság
A hélium az abszolút nulla fok közelében is folyadék marad, s egészen különleges tulajdonságokkal rendelkezik: viszkozitás nélkül folyik.

V. Bozonok és fermionok
A kvantummechanika élesen megkülönböztet kétféle részecskét, a bozonokat és a fermionokat. A hélium fermion-típusú izotópjának vizsgálata szuperfolyékony állapotban hozzásegíthet az univerzum titkainak megértéséhez.

VI. Szupravezetés
Alacsony hőmérsékleteken a fémek egy része elveszíti elektromos ellenállását. Ez különleges mágneses tulajdonságokkal jár együtt.

VII. Nem minden olyan anyag szupravezető, aminek nincs elektromos ellenállása
A kvantumos Hall-jelenségben is eltűnő ellenállást találunk, ebben az esetben mégsem szupravezetésről van szó.

VIII. Milyen rend van a szupravezetőben?
A szupravezetőkben az elektronok Cooper-párokba rendeződnek.

IX. Mire használhatók a szupravezetők?
Néhány egyszerű példán mutatjuk be a szupravezetők szokatlan elektromos és mágneses tulajdonságait kihasználó alkalmazásokat.

X. Csak alacsony hőmérsékleten figyelhető meg mindez?
Az utóbbi két évtized eredményei újra felcsillantották a reményt, hogy esetleg a szobahőmérséklethez közeli hőmérsékleteken is megfigyelhetők lesznek ezek a jelenségek, s alkalmazásuk is könnyebbé válik.

elkezdem olvasni