Supraneste

Supraneste on nimitys nestemmäiselle aineelle, jossa ei havaita viskositeettieksia lainkaan hyvin alhaisissa lämpötiloissa. Viskositeetin hävittyä nesteellä ei ole minkäänlaista sisäistä vastustavaa voimaa, joten se on jatkuvassa liikkeessä. Toisin sanoen supraneste ei pysy astiassa vaan se karkaa astian reunuksien ylitse. Lämpötilaa, jossa nesteestä tulee supraneste kutsutaan lambdapiste. Ensimmäisen kerran suprajuoksevuuden havaitsi Kamerlingh Onnes, mutta ei pitänyt ilmiötä mielenkiintoisena.

Tausta

Toistaiseksi tunnetaan kaksi supranestettä, jotka ovat heliumin (He) kuudesta isotoopista pysyvimmät ⁴He; ja ³He;. Helium on ainoa alkuaineessa, joka esiintyy hyvin pienessä paine nesteenä 2 K lämpötilassa. Helium muuttuu nesteeksi 4 K:n lämpötilassa ja kun lämpötilaa lasketaan aina 2 K asti heliumnesteessä havaitaan niin sanottu faasitransitio. Tällöin heliumnestettä ei voida kuvata enää klassisenmekaniikan avulla vaan on käytettävä kvanttimekaanista kuvausta. Nestemäinen helium kiinteydy lähellä absoluuttista nollapistettä, tämä havaitaan helium-3:n faasidiagrammista. Suprajuokseva helium johtaa lämpöä äärettömän hyvin.

Suprajuoksevia tiloja havaitaan myös alkalimetallien kaasuissa, esim. ⁸⁷Rb, ⁷Li, ²³Na, ¹H.

Sovellukset

Supranesteet ovat kvanttihydrodynamiikan suurimpia tutkimuskohteita. Supranesteyttä ensimmäisinä alkoivat tutkia Pjotr Kapitsa, John Allen ja Don Misener vuonna 1937, joskin ilmiö oli jo heitä aiemmin löydetty. Supranestettä käytettään apuna muun muassa Gravity Probe B:n tutkimuslaitteissa sekä valon nopeuden pienentämiseen. Supranesteiden avulla valon nopeutta on saatu pienennettyä aina 17 m/s asti.

Lähteet