量子声学前沿课题从上例可以说明,高频和低频以及量子系统和经典系统之间没有截然的界限
但是,一般说来,当频率高到109Hz以上时,量子行为即显示出来
但是在接近绝对零度时,量子液体(如超流液氦这类物质)中的量子行为,在几千赫的频率下就会出现,而伯梅尔的超导能隙实验也只是在几十兆赫下进行的(见声与固体微观结构的关系),因此有些科学家把超导和超流中声传播统称为低温声学
以氦为例,自然界中氦的稳定同位素4He和3He的化学性质是相同的,但由于各自遵从量子统计法之异,使二者物理性质没有相同之处
这两种液体所表现的现象使人们实地观察到量子论的威力
在温度趋近0K时,在常压下最难液化的氦也成为液态
在1930年前后荷兰科学家W.科梭姆发现4He在 2.17K时液态氦经历一“λ”相变,在此温度Tλ以上称为HeI相,以下称HeⅡ相
在HeⅡ中出现液体的粘滞性消失,还可出现穿过极微毛细管或塞满细粉的空间而流动的超流动性和极好的导热性
这种行为已由苏联科学家朗道和匈牙利科学家L.蒂萨分别提出用正常流体成分和能无摩擦运动的超流成分所组成的“二流体模型”来唯象地描述和解释
而从微观理论研究表明这种特性是量子力学在大范围内作用(也称宏观量子现象)的结果
因4He原子是玻色子,玻色子体系在温度趋近 0K时,粒子会凝集到动量为零的状态(这些粒子就相当于超流成分)称玻色-爱因斯坦凝聚
依量子力学中4He原子的德布罗意波波长与动量间的反比关系,动量为零态即相当于波函数的波长趋于无限,故它在坐标空间是长程有序,可以用一个宏观波函数来描述
而波函数的相位的梯度即是超流速度
因此,从超流液氦的研究使通常只能在微观尺度上显示出来的量子力学效应,可在宏观尺度上显示出来
超流环流的量子化与普朗克常数相联,在2.1个原子层厚度的极薄膜中可以观察波长极长的第三声的传播
液氦-3(3He)是费米流体(即遵从费米-狄拉克统计的流体),需要温度进一步下降到10-3K时,才呈现出各向异性的磁性超流体,并多于一相
它的正常成分的粘滞性非常大,因此类似于液氦-4(4He)的第一、二声衰减甚烈
但是在其中可传播一种由费米面的形变为特征的无碰撞声,称第零声
并已在实验中观察到
此外 ,还有多种声模式,均值得进一步探讨
总之,量子声学对物质结构提供重要信息,液氦超流和核质子及中子数有联系,均属物理学和声学的前沿课题
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