¿Qué hace que un condensado de Bose-Einstein sea un superfluido?

Excelente pregunta; mi respuesta “saludando con la mano”. A diferencia de los fermiones, los bosones son una clase gregaria de partículas que disfrutan de su propia compañía. Tanto es así que una fracción de los bosones en un condensado de Bose-Einstein (BEC) habitan el mismo estado cuántico de un bosón de momento cero. (Imagine un complejo de apartamentos completo de 11 pisos, donde todos los inquilinos viven dentro de un armario en el primer piso. No hay problemas. Nadie tiene una identidad. Todos son uno y lo mismo.) Esta fracción de bosones condensados ​​se llama El componente superfluido. Cuando fluyen a través de una tubería, lo hacen al unísono; algo así como un ejército con filas rotas, pero con un propósito común ininterrumpido. En particular, si uno de los bosones superfluidos golpea una protuberancia en la superficie de la tubería, entonces todos los bosones en el componente superfluido experimentarán esa fuerza. El bosón que golpeó la protuberancia no puede dispersarse a un estado de impulso diferente, ya que todos sus compañeros bosones en el componente superfluido tendrían que hacer lo mismo. En cambio, la Madre Naturaleza le da al componente superfluido un pase libre en la protuberancia, y ella permite que fluya sin obstáculos a través de la tubería.

La extrema solidaridad exhibida por el número macroscópico de bosones que componen el componente superfluido se debe a una propiedad de la función de onda del estado del suelo del BEC conocida como rigidez de fase: la fluctuación en la fase de la función de onda en un punto se siente por el Todo el largo y ancho del superfluido que atraviesa el tubo toroidal. Es uno de los principales ejemplos de fenómenos cuánticos macroscópicos. El otro es la superconductividad, que es un tipo de efecto muy similar.

Un deseo de exponer la hipótesis de que los átomos individuales en un estado superfluido están encadenados (magnéticamente) (tomando He-4 como ejemplo) …

Si los átomos individuales están encadenados magnéticamente entre sí, entonces se les obliga a seguir el movimiento de sus vecinos directos. Dado que los átomos individuales de He ya no pueden colisionar en el sentido de que podrían perder parte de su impulso durante una colisión, terminamos con un estado de viscosidad cero. Si la cadena de átomos de He-4 se mueve hacia adelante, entonces los átomos contenidos en la cadena seguirán al ‘líder’ sin chocar: como consecuencia, la cadena seguirá avanzando sin perder energía.

Debido a que los átomos individuales ya no pueden moverse independientemente unos de otros, la capacidad calorífica de la fracción superfluida disminuye.

La transferencia de calor (intercambio de energía cinética) dentro de la cadena de átomos conectados está ocurriendo mucho más rápido en comparación con un fluido He regular porque la transferencia de energía cinética ya no ocurre por colisión (dependiendo de la velocidad promedio de los átomos que se mueven libremente) pero a través de un mecanismo de acoplamiento magnético mucho más rápido. La energía cinética aplicada a un extremo de la cadena viaja como una onda de sonido a través de la cadena de átomos conectados magnéticamente. El helio superfluido en ebullición permanece quieto, porque está lleno de alambres delgados de helio II a través de los cuales el calor se mueve tan fácilmente que no se pueden formar parches fríos y calientes, a diferencia de un líquido normal como el agua, que se agita y burbujea mientras hierve como El vapor que se forma en las profundidades del agua se abre paso más allá del agua que todavía es líquida.

El primer átomo en la cadena continua para mostrar adhesión hacia la pared de un contenedor. Además, este primer átomo será empujado continuamente hacia adelante por los átomos que lo siguen a través del efecto de las ondas de sonido en la cadena de átomos de He. Como consecuencia, la cadena de átomos puede circular sobre obstrucciones como la pared de un contenedor.

Si el primer átomo de la cadena ingresa a un poro en el contenedor, todos los átomos posteriores también atravesarán el poro sin fricción. El átomo principal no tendrá la oportunidad de quedar atrapado en un poro debido a las continuas vibraciones ejercidas por los otros átomos en la cadena. Estos átomos posteriores no tienen nada más que hacer que seguir al líder para escapar del contenedor …

La baja temperatura permite que todos los bosones caigan en el estado de energía más bajo, donde sus identidades se fusionan y se deslocalizan espacialmente. Piense en ellos como los Borg; La resistencia es inútil! Sin fricción

Porque es un fluido y no tiene viscosidad. Superfluidez – Wikipedia