Бозе-рідина

Бозе-рідина́ — квантова система, що залишається в рідкому стані при не надто високих тисках навіть за абсолютного нуля температур, частинки якої підкоряються Бозе — Айнштайна статистиці.

Характеристика

Характерною ознакою бозе-рідин є надплинність — властивість макроскопічного протікання без тертя через тонкі капіляри. Уперше це явище виявлено 1937 у рідкому гелії-4 нижче температури лямбда-переходу T = 2,17 K незалежно П. Капицею та Дж. Ф. Алленом (1908; Канада — 2001; Велика Британія) з Д. Майзнером (1911–1996). Перехід у надплинний стан, який називають гелієм II, супроводжується характерною поведінкою теплоємності системи, що нагадує грецьку літеру лямбда λ. Надплинність призводить до низки незвичних явищ (ефект фонтанування, підняття та витікання надплинної бозе-рідини через стінки посудини).

Опис макроскопічних властивостей бозе-рідин переважно ґрунтується на моделі дворідинної гідродинаміки, запропонованій Л. Тіссою (1907; Угорщина — 2009; США) 1938 та істотно виправленій 1941 Л. Ландау. Модель припускає існування двох компонент у системі: однієї надплинної, яка має нульову в'язкість, та іншої, що поводиться, як звичайна рідина. При абсолютному нулі система, що не знаходиться у зовнішньому неоднорідному полі, за відсутності домішок та безладу є повністю надплинною. Підвищення температури призводить до зростання густини нормальної та зменшення густини надплинної компоненти аж до її повного зникнення в критичній точці. Важливим наслідком теорії Ландау — Тісси є передбачення існування температурних (чи ентропійних) хвиль — «другого звуку».

Мікроскопічне пояснення механізму виникнення надплинності можна отримати за допомогою теорії М. Боголюбова для слабко неідеального бозе-газу. У тривимірних бозе-рідинах надплинний перехід асоціюють з явищем Бозе — Айнштайна конденсації атомів, у тонких (майже двовимірних) плівках фазовий перехід має топологічний характер із механізмом появи надплинності типу Березинського — Костерліца — Таулесса [В. Березинський (1935; Україна — 1980; Росія); див. Дж. Костерліц, Д. Таулесс)].

Література

Kapitza P. Viscosity of Liquid Helium below the λ-Point // Nature. 1938. Vol. 141, issue 3558. P. 74. URL : https://doi.org/10.1038/141074a0
Allen J., Misener A. Flow of Liquid Helium II // Nature. 1938. Vol. 141, issue 3558. P. 75. URL : https://doi.org/10.1038/141075a0
Tisza L. Transport Phenomena in Helium II // Nature. 1938. Vol. 141, issue 3558. P. 913. URL : https://doi.org/10.1038/141913a0
Landau L. Theory of the superfluidity of helium II // Physical Review. 1941. Vol. 60, issue 4. P. 356. URL : https://doi.org/10.1103/PhysRev.60.356
Боголюбов Н. Н. К теории сверхтекучести // Известия АН СССР. Серия физическая. 1947. Т. 11. С. 77–90.
Вакарчук I. О. Повна матриця густини двокомпонентної бозе-рідини в наближенні парних кореляцій / І. О. Вакарчук, В. С. Пастухов // Журнал фізичних досліджень. 2008. Т. 12, Число 1. С. 1001-1–1001-5. URL : http://nbuv.gov.ua/UJRN/jphd_2008_12_1_3
Вакарчук I. О., Пастухов В. С. Бозе-конденсат у двокомпонентнiй бозе-рiдинi // Журнал фiзичних дослiджень. 2008. Т. 12, № 3. С. 3002-1–3002-8. URL : https://physics.lnu.edu.ua/jps/2008/3/pdf/3002-8.pdf
Tay T., Motrunich O. Possible Exciton Bose Liquid in a Hard-Core Boson Ring Model // Physical Review Letters. 2010. Vol. 105, issue 18, P. 187202. URL : https:/10.1103/PhysRevLett.105.187202
Fei Z., Chen Y. A hydrodynamical description of Bose liquid with fractional exclusion statistics // New Journal of Physics. 2024. Vol. 26. P. 023061. URL : https://doi.org/10.1088/1367-2630/ad2bae

Автор

В. С. Пастухов

Покликання на цю статтю: Пастухов В. С. Бозе-рідина // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Бозе-рідина (дата звернення: 11.10.2026).

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 22.01.2026