超流动性

超流相液态氦在低速度下无阻、无损耗地流过极细的毛细管或狭缝的性质

超流动性（superfluidity）是指超流相液态氦在低速度下无阻、无损耗地流过极细的毛细管或狭缝的性质。液态氦在饱和蒸气压下，温度降低到2.172 K（λ点）时发生相变，从普通的黏滞液体相（氦Ⅰ）变到超流相，又称为氦Ⅱ相。氦Ⅱ相有很多在普通液体中观察不到的现象，超流动性是其最具特征的基本性质。

发现

1911年，H·昂尼斯成功地液化了氦气后，发现了超导现象。以后在极低温度下陆续发现了一些现象，吸引了许多科学家的注意，前苏联科学家P·卡皮查是在这方面有卓越功绩的科学家之一。1934年，他从英国回到前苏联，前苏联政府为他新建了莫斯科物理问题研究所，并从英国购买了所使用的全部仪器，使他能继续从事研究工作。1938年，他发现液氦在温度从4K下降到2K时，突然出现一个从未见过的现象。这时液氦能从盖得很严的瓶子里逃逸出来，并从很细的毛细管或狭缝（两块经光学抛光的玻璃压在一起形成的10－5—10－4厘米的狭缝）中迅速流过，粘滞系数近似于零。卡皮查把这种现象叫做超流动性，把处于这种状态的液氦称作氦Ⅱ，普通的液氦叫氦Ⅰ。英国物理学家J·艾伦和A·迈斯纳几乎同时也发现了这一现象，其论文和卡皮查的结果发表在同一期的英国《自然》杂志上。为了表彰卡皮查在超流动性研究中的卓越功绩，1978年荣获诺贝尔物理奖。

卡皮察的实验表明，当氦Ⅱ流过间隙小于10－5厘米的狭缝时，黏度小于10－11泊，至少比液体氦（He）小1,500倍，比黏度最低的氢气还要低104倍以上。卡皮察认为，这一结果意味着液态氦进入到一特别的状态，类比于超导体，建议称为超流态。

理论诠释

超流动性唯象地可用L.朗道的二流体模型解释。模型认为，氦Ⅱ由相互独立又相互渗透的两种流体组成：性质与普通黏滞流体相同的正常流体和熵为零、无黏滞性的超流体。超流动性是超流体部分的表现。更深刻的解释是，超流动性与氦（4He）原子是玻色子以及低温下发生玻色-爱因斯坦凝聚有关。

超流3He中的3He原子和超导体中的电子也可处在无阻的超流状态。虽然3He原子和电子都是费米子，但在超流或超导态中两两配对，常称为库珀对（见超导电性）。

许多著名的物理学家如F.伦敦、L.朗道、R.费曼等都在超流理论方面做出了重要的贡献。4He原子是玻色子，玻色-爱因斯坦统计允许很多原子同时处于一个量子态上。当温度降至λ点以下时，有宏观数量的氦原子同时凝聚在动量为零的单一量子态上，用一个宏观波函数来描述。温度在λ点以下的超流动性及其他特异现象都可用这种宏观波函数的特性来解释。

在超导体中，当温度低于临界温度时，一部分电子也进入无阻尼流动的状态。虽然电子是费米子，但这部分电子已不再单个地运动。当温度低于转变点时，它们结成库珀对，这些电子对是玻色子，可以大量地聚集在同一个量子态上。温度低于约2×10－3K时，液态3He也呈现超流态，这也是由于部分3He原子进入成对运动的状态，产生玻色-爱因斯坦凝聚所造成的。

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