Cuando enfría el gas helio a una temperatura muy baja, aproximadamente 4 grados Kelvin, primero se convierte en un líquido, lo que a menudo se llama un fluido normal.
El helio líquido se comporta de alguna manera como otros fluidos normales, como el etanol o el agua.
Puede pasar ondas de sonido ordinarias a través de helio líquido. Las ondas de sonido ordinarias son una perturbación de un fluido normal en el que hay un tren de regiones comprimidas y enrarecidas alternas, y este tren de ondas de presión o densidad se mueve a través del fluido a la velocidad del sonido.
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Si hace que el helio líquido aún más frío, con una temperatura inferior a unos 2,2 grados Kelvin, sucede algo muy extraño. Una cierta fracción del líquido de helio se convierte de repente en un superfluido. Una cosa interesante sobre un superfluido es que fluye sin fricción: decimos que su viscosidad es cero. La viscosidad es la fricción de un fluido normal contra sí mismo: partes del fluido se rozan entre sí, por lo que si agita un vaso de limonada, no sigue fluyendo para siempre, sino que se ralentiza gradualmente.
Pero un superfluido no tiene viscosidad.
Y un superfluido puede fluir de maneras muy inesperadas. En realidad, puede fluir cuesta arriba sin ser bombeado. Aquí hay un video corto que muestra algunos de los comportamientos extraños que son posibles para un superfluido.
Cuanto más fría hace la temperatura, más helio líquido entra en la parte superfluida y menos queda en la parte normal del líquido.
Entonces, una vez que la temperatura cae por debajo de 2.2 Kelvin, realmente hay dos fluidos interpenetrantes presentes en el helio líquido, y pueden fluir uno a través del otro. Un componente fluye con fricción o viscosidad, y el otro componente fluye sin fricción. La fricción hace que el flujo de fluido del componente normal disminuya con el tiempo. Pero la parte superfluida puede fluir durante mucho tiempo sin disminuir la velocidad.
Debido a que hay dos fluidos presentes en el helio líquido por debajo de 2.2 K, significa que puede haber más de un tipo de onda de sonido en el helio líquido.
El primer tipo de onda es muy similar a una onda de sonido normal en un fluido normal, el superfluido y el fluido normal se mueven en fase entre sí, lo que significa que se mueven en la misma dirección al mismo tiempo, y hay un tren de ondas de compresión y rarefacción que se mueven a través del fluido. Es una presión, o una onda de densidad.
Esto se llama primer sonido.
Pero con dos fluidos, existe otra posibilidad: el superfluido puede moverse hacia adelante y hacia atrás, completamente fuera de fase con la forma en que se mueve el fluido normal, lo que significa que el normal
el fluido y el superfluido se mueven en direcciones opuestas en cualquier momento dado, y ambos se mueven hacia adelante y hacia atrás a la misma frecuencia, manteniendo constante la densidad del helio líquido.
Sin embargo, una especie de onda todavía se mueve a través de la mezcla de dos fluidos, y esto se llama Segundo Sonido. Resulta que lo que está cambiando en esta ola es la temperatura del helio líquido: es una ola de sucesivas regiones más calientes y frías del fluido superfluido y normal que pasan a través del helio líquido.
El segundo sonido tiene una velocidad muy diferente al primer sonido.
Finalmente, hay un tercer caso bastante especial de un tipo diferente de onda que puede moverse a través de la mezcla de un fluido superfluido y normal. Esto se puede ver cuando se coloca una película muy delgada del helio superfluido mixto y el helio fluido normal sobre una superficie plana, como el vidrio.
Si la película de fluido es muy delgada, entonces la fricción de la parte normal del líquido de helio contra el vidrio es tan grande que evitará que el fluido normal se mueva.
Pero el superfluido será libre de formar ondas, en las cuales es alternativamente más alto que la superficie del fluido y más bajo que la superficie del fluido. Estas olas se parecen mucho a las ondas de agua en un lago o las ondas superficiales en el océano, excepto que el superfluido no tiene fricción interna. Se moverán a otra velocidad, diferente a los otros dos tipos de sonido. Pero el punto clave es que solo el superfluido se mueve en este tipo de onda.
Esto se llama Tercer sonido.
