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roltman12. Oktober 2020

Von Superfluidität spricht man, wenn Flüssigkeit z.B. an den Wänden eines Gefäßes nach oben fließt. Sie verstößt also auf den ersten Blick gegen alle üblichen Gesetze. Flüssigkeiten, die wir gewohnt sind, haben diese Eigenschaft nicht. Ultrafluidität tritt in stark gekühlten Gasen wie Helium auf. Das Gas wird nicht nur flüssig, sondern zeigt auch eine neue Eigenschaft - Superfluidität.

Um zu verstehen, warum Superfluidität auftritt, betrachten wir zunächst eine normale Flüssigkeit, wie z.B. Wasser. Warum fließt Wasser nach unten? Wasser wird, wie alles andere auf dieser Welt, durch die Schwerkraft der Erde nach unten gezogen. Je näher das Wasser an der Erde ist, desto weniger innere Energie haben seine Moleküle. Und da alles andere gleich ist, versucht jedes System, seine Energie zu minimieren.

Lassen Sie uns nun flüssiges Helium betrachten. In hochgekühltem Helium befindet sich jedes Atom in seinem niedrigstmöglichen Energiezustand. Es hat also bereits alle Energie verloren, die es hatte. Es gibt nichts mehr zu verlieren. Und deshalb muss flüssiges Helium nicht mehr strikt nach unten fließen. Solange der Energiezustand der Atome in einer solchen Flüssigkeit konstant bleibt, kann sie überall hin fließen - nach oben, zur Seite, in enge Gefäße und Kapillaren, wohin normale Flüssigkeit aufgrund von Reibung und Oberflächenspannung usw. nicht gelangen kann.

Das heißt, dass die Reibung an den Gefäßwänden und die Wechselwirkung der supraflüssigen Atome untereinander nicht zu Energieverlusten führt und somit den Flüssigkeitsstrom nicht behindert. Andererseits ist es auch unmöglich, die Energie des Systems willkürlich zu erhöhen, da die Energie in festen Anteilen - Quanten - übertragen wird. Infolgedessen führt die Kollision der Atome untereinander sowie die Erhöhung des Gravitationspotentials in der Strömung an der Wand hinauf nicht zur Erwärmung der Flüssigkeit und zum Verlust ihrer superfluiden Eigenschaften.

Es ist klar, dass diese Schande nicht bis ins Unendliche andauern kann. Es gibt auch eine Grenzgeschwindigkeit der Superfluidität (etwa 20 cm pro Sekunde) und eine Grenzhöhe, auf der eine Flüssigkeit theoretisch aufsteigen kann (56 m). Dieser Effekt wird in genauen Schwerkraftdetektoren genutzt. Wie zum Beispiel die Schwerkraftsonde B.

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