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1 9 9 7 年第 1 期物理通报科教信息
1 9 9 6 年度诺贝尔物理学奖介绍
低温物理领域的一个重突破
当温度下降到相当于寒冷冬季的温度时, 蒸气原子核内的粒子数不同, 当两种同位素接近绝对零
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会变成水, 水会变成冰这种现象称为相变由经典度时, 它们的特性表现出巨大的差异
物理理论可以粗略地描述和释解这种物质状态变同位素的性质
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化的物理现象按经典理论, 随着温度的下降, 固像 4 H e 这样的玻色子遵从玻色一爱因斯坦统
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体、液体和气体的随机热运动会减弱但是, 如果温计, 遵从玻色一爱因斯坦统计物质的性质之一是
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度继续下降, 并接近绝对零度时, 情况将完全不同在某些环境下, 处于能量最低的状态会发生凝聚现
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在此温度下的液氦样品会发生所谓超流动性, 这种象这种现象称为玻色一爱因斯坦凝聚第一个致
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现象是不能用经典物理理论解释的当液体变为超力子在极低温下冷却 H e 气体, 使之发生凝聚的科
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流体时, 液体中的原子突然失去随机运动的特性, 学家是 H 开默林一昂尼斯(H ei ke K a m er ling h 一
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而以有序的方式运动这种情况下液体失去所有的 O n es , 他曾荣获 1 9 1 3 年度诺贝尔物理学奖) 他的
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内摩磨擦力, 它们可以从杯子中溢出, 可以从很小研究工作是在 19 世纪甚至在那时, 他就指出当温
的孔内流出, 此外还表现出其它许多非经典的物理度接近绝对温度 ZK 时, 液态‘H e 将会发生某些特殊
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现象要对这样的液体有一个基本的了解必须借助现象但是, 直到 20 世纪 30 年代末期, P 卡皮察(他
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于近代物理学的一门学科一一量子物理学这种曾荣获 1 9 7 8 年度诺贝尔物理学奖) 才从实验上证
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在极低温下的液体也被称为量子液体通过详细研实了‘H e 的超流动性 F 伦敦概略地解释了这种现
, . . J ,
究量子液体的特性并把这些特性与低温下量子物象此后 L 朗道(L ev I a nd a u 他曾荣获 1 9 6 2 年度
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理的预言相比较, 研究人员获得了从微观上描述这诺贝尔物理学奖) 从理论上解释了这种现象他的
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种物质的极有价值的理论解释的基础是当温度在绝对温度 2 17 K 时发生相
70 年代初, 在康奈尔大学的低温物理实验室里变, 而成为超流体, 超流体是一种玻色一爱因斯坦
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D a v id M 1碑 e e 、 D o u g la s D ()s h er o ff 和 R o b o r t C 凝聚物
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R ic ar ds o n 发现氦的同位素一一 3H e 在绝对温度。而对于像 3 H e 这样的费米气体它们遵从费米
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0 2 K 时变为超流体这种超流动性量子液体与 30 一狄拉克统计, 由于泡利原理的限制, 处于每个单
‘
年代已经发现的氦的同位素 He 超流体十分粒子状态上的粒子至多只能有两个, 即使在最低能
, ‘—. ,
不同 H e 的超流动性是在绝对温度 ZK 下发现的量下也不能发生凝聚由于这种