¿Por qué el agua no es superfluida?

Mi pregunta está en el título. Realmente no entiendo por qué el agua no es un superfluido. Tal vez me equivoque, pero el hecho de que el agua no esté sobrefluida se debe a que las excitaciones elementales tienen una curva de dispersión parabólica, pero para mí la pregunta sigue siendo. Una forma equivalente de preguntarlo es: ¿por qué el helio superfluido se describe en la ecuación de Gross-Pitaevsky y no es el caso del agua?

Un trabajo reciente sugiere que el agua puede tener una fase líquida superfluida
@x debe fundamentar esta afirmación mediante una referencia o enlace y una cita, al menos del resumen.

Respuestas (2)

Usted se refiere al criterio de Landau para la superfluidez (hay una pregunta separada sobre si esta es realmente la mejor manera de pensar sobre los superfluidos y si el criterio de Landau es necesario y/o suficiente). En un superfluido las excitaciones de baja energía son fonones, la relación de dispersión es lineal mi pag ∼ C pag , y la velocidad crítica es distinta de cero. En el agua los grados de libertad son moléculas de agua, la relación de dispersión es cuadrática, mi pag ∼ pag 2 / ( 2 metro ) , y la velocidad crítica es cero.

La ecuación de Gross-Pitaevskii se aplica (aproximadamente) al helio, porque en la fase superfluida hay un solo estado de partícula que está macroscópicamente ocupado. La ecuación GP describe la evolución temporal de la función de onda correspondiente. En el agua no hay estados macroscópicamente ocupados. Puede intentar resolver la ecuación completa de Schroedinger de muchos cuerpos, pero al menos aproximadamente este problema se reduce a la teoría cinética clásica.

Creo que el mejor criterio para la superfluidez es el flujo irrotacional: el momento de inercia no clásico, la cuantificación de la circulación y el flujo persistente en un anillo. Nuevamente, estos no aparecen en el agua porque no hay una ruptura espontánea de la simetría y no hay un estado ocupado macroscópicamente.

Así que ahora mi pregunta es ¿por qué no hay un estado ocupado macroscópicamente para el agua y sí lo hay para el helio? En general, no tratamos de resolver la ecuación de Schrödinger para el helio con el fin de obtener la ecuación de GP, ¿no es así? ¿Y cómo puedo obtener una ecuación cinética clásica para el agua a partir de Schrödinger?
Un criterio aproximado es la condición para la condensación de Bose en un gas ideal, norte λ 3 ∼ 1 , dónde norte es la densidad y λ es la longitud de onda térmica. Tenga en cuenta que su pregunta es, en cierto sentido, al revés: el helio es la excepción, el agua es la regla. La mayoría de los fluidos ordinarios se solidifican en lugar de volverse superfluidos a bajas T .
No estoy seguro de que se deban considerar las moléculas ordinarias como cuasipartículas que conducen a la disipación porque el criterio de Landau se origina a partir de la investigación de una rama de fonones. En cambio, tenemos que usar el mismo formalismo de los fonones para poder comparar el comportamiento de los líquidos. En un líquido no superconductor, una ley de dispersión de fonones es mi = C | pag | . Entonces, aplicando el criterio de Landau, obtenemos una velocidad crítica peculiar igual a C - la velocidad del sonido. No significa necesariamente que el líquido sea superconductor debajo C . Más bien significa que entra en un estado diferente arriba C (flujo supersónico).

Porque el agua es líquida a una temperatura demasiado alta. El helio solo es superfluido cerca del cero absoluto. Para tener un superfluido, se necesita que la longitud de onda cuántica de los átomos dada la decoherencia ambiental sea más larga que la separación entre los átomos, para que puedan unirse coherentemente.

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