Спиновая сверхтекучесть. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Спиновая сверхтекучесть - совокупность явлений, связанных с существованием бездиссипатпвного механизма переноса намагниченности в сверхтекучем ³Не. При переходе в сверхтекучее состояние атомы ³Не образуют конденсат из куперовских пар в состоянии с полным спином S=1 (см. Гелий жидкий, Сверхтекучесть). Поэтому параметр порядка ³Не содержит угл. переменные ф, описывающие ориентацию системы спинов куперовских пар. Энергия системы не зависит ни от фазы волн функции конденсата, ни от этих угл. переменных. Такое вырождение состояний в случае возникновения градиента к--л. из углов ф приводит к появлению спинового сверхтока

, где М_i - компонента намагниченности i = х, у, z. Спиновый сверхток в сверхтекучем ³Не представляет собой встречное гидродинамич. течение двух взаимопроникающих сверхтекучих жидкостей с противоположно направленными спинами куперовских пар, не сопровождающееся переносом массы.

С. с. была обнаружена в экспериментах по ЯМР в сверхтекучем ³Не-В (А. С. Боровик-Романов, Ю. М. Буньков, В. В. Дмитриев, Ю. М. Мухарский, 1984-88) и теоретически исследована в работах И. А. Фомина (1984-88). В условиях ЯМР в качестве параметра порядка в ³Не - В удобно выбрать матрицу трёхмерных вращений

, параметризуемую тремя углами Эйлера

. Если внеш. поле Н направлено вдоль оси г, то углы

определяют направление прецессирующей намагниченности М, а угол

- вращение спиновой системы вокруг М. Угол

между М и Н определяет величину проекции намагниченности М_z, а угол

- фазу прецессии М вокруг Н. Система вырождена по углу

, к-рый можно рассматривать как фазу параметра порядка.

Экспериментально сверхтекучий ток проекции намагниченности M_zнаблюдался как вдоль приложенного поля Н, когда градиент фазы создавался за счёт продольного градиента поля, так и перпендикулярно Н по капилляру, соединявшему две эксперим. камеры, в к-рых ЯМР возбуждался от независимых генераторов на одной частоте, но с разными фазами.

Возможность экснерим. наблюдения С. с. методом ЯМР в ³Не-В связана с наблюдаемой в нём характерной особенностью зависимости частоты ЯМР w от угла

: при

частота to не зависит от

, а при

начинает резко расти. Эта особенность и существование С. с. приводят к тому, что при возбуждении ЯМР радиочастотным полем с частотой в объёме ³Не-В, помещённом в неоднородное магн. поле, этот объём разбивается на два домена: в области сильного поля (

- гиромагнитное отношение) прецессия не возбуждается вовсе и

, в поле

возбуждается прецессия на общей частоте w и с общей фазой прецессии

, определяемой генератором. При этом на границе между доменами угол

и нарастает в области более слабого поля, называемой однороднопрецессирующим доменом.

Для С. с. имеет место весь комплекс явлений, характерных для обычной сверхтекучести: четвёртый звук, ограничение величины сверхтекучего переноса намагниченности - критич. спиновый ток с образованием центров проскальзывания фазы, стационарный и нестационарный эффекты Джозефсона, квантование циркуляции сверхтекучей скорости и образование квантованных спиновых вихрей. В отличие от обычной сверхтекучести и сверхпроводимости, где фаза конденсата ненаблюдаема, фаза прецессии наблюдаема. Поэтому удаётся измерить разность фаз на концах канала, сброс фазы при одном акте проскальзывания, а также точную локализацию центра проскальзывания фазы и распределение фазы по каналу.

В отличие от обычной сверхтекучести, в ³Не-В наряду с бездиссипативным переносом намагниченности, возникающим вследствие образования когерентного состояния, при наличии градиентов углов

обязательно присутствуют и диффузионные диссинативные спиновые потоки. Спиновая диффузия, а также др. механизмы диссипации приводят к несохранению параллельной полю компоненты намагниченности, что соответствовало бы несохранению массы сверхтекучей компоненты в ⁴Не или несохранению заряда в сверхпроводниках.

Явление С. с. возможно не только в сверхтекучем ³Не-В, но и в антиферромагнетиках, релятивистские взаимодействия в к-рых сохраняют вырождение по относит. фазе прецессии намагниченности подрешёток.

Литература по спиновой сверхтекучести

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.