punto lambda

La gráfica de la capacidad calorífica específica versus la temperatura.

El punto lambda es la temperatura a la que el helio fluido normal (helio I) hace la transición al helio II superfluido (aproximadamente 2,17 K a 1 atmósfera ). La presión más baja a la que pueden coexistir He-I y He-II es el punto triple vapor-He-I-He-II a 2,1768 K (-270,9732 °C) y 5,0418 kPa (0,049759 atm), que es el " vapor saturado". presión "a esa temperatura (gas helio puro en equilibrio térmico sobre la superficie del líquido, en un recipiente hermético ). ^[1] La presión más alta a la que pueden coexistir He-I y He-II es el punto triple bcc −He-I−He-II con un sólido de helio a 1,762 K (−271,388 °C), 29,725 atm (3011,9 kPa). . ^[2]

El nombre del punto deriva del gráfico (en la foto) que resulta de trazar la capacidad calorífica específica en función de la temperatura (para una presión dada en el rango anterior, en el ejemplo mostrado, a 1 atmósfera), que se asemeja a la letra griega lambda . La capacidad calorífica específica tiene un pico agudo a medida que la temperatura se acerca al punto lambda. La punta del pico es tan aguda que un exponente crítico que caracteriza la divergencia de la capacidad calorífica sólo puede medirse con precisión en gravedad cero, para proporcionar una densidad uniforme sobre un volumen sustancial de fluido. Por lo tanto, la capacidad calorífica se midió dentro de 2 nK por debajo de la transición en un experimento incluido en la carga útil de un transbordador espacial en 1992. ^[3] ${\displaystyle \lambda }$

Problema no resuelto en física :

Explique la discrepancia entre las determinaciones experimentales y teóricas del exponente crítico de la capacidad calorífica α para la transición superfluida en helio-4. ^[4]

(más problemas sin resolver en física)

Aunque la capacidad calorífica tiene un pico, no tiende al infinito (al contrario de lo que puede sugerir el gráfico), sino que tiene valores límite finitos cuando se aproxima la transición desde arriba y desde abajo. ^[3] El comportamiento de la capacidad calorífica cerca del pico se describe mediante la fórmula donde es la temperatura reducida, es la temperatura del punto Lambda, son constantes (diferentes por encima y por debajo de la temperatura de transición) y α es el exponente crítico : . ^{[3] [5]} Dado que este exponente es negativo para la transición superfluida, el calor específico permanece finito. ^[6] ${\displaystyle C\approx A_{\pm }t^{-\alpha }+B_{\pm }}$ ${\displaystyle t=|1-T/T_{c}|}$ ${\displaystyle T_{c}}$ ${\displaystyle A_{\pm },B_{\pm }}$ ${\displaystyle \alpha =-0.0127(3)}$

El valor experimental citado de α está en desacuerdo significativo ^{[7] [4]} con las determinaciones teóricas más precisas ^{[8] [9] [10]} provenientes de técnicas de expansión a alta temperatura, métodos de Monte Carlo y bootstrap conforme .

Ver también

• refrigerador punto lambda

Referencias

1. Donnelly, Russell J.; Barenghi, Carlo F. (1998). "Las propiedades observadas del helio líquido a la presión de vapor saturado". Revista de datos de referencia físicos y químicos . 27 (6): 1217-1274. Código Bib : 1998JPCRD..27.1217D. doi : 10.1063/1.556028.
2. Hoffer, JK; Gardner, WR; Campo de agua, CG; Phillips, NE (abril de 1976). "Propiedades termodinámicas del ⁴ He. II. La fase bcc y los diagramas de fases PT y VT por debajo de 2 K". Revista de Física de Bajas Temperaturas . 23 (1): 63-102. Código bibliográfico : 1976JLTP...23...63H. doi :10.1007/BF00117245. S2CID  120473493.
3. Lipa, JA; Swanson, DR; Nissen, JA; Chuí, TCP; Israelsson, UE (1996). "Capacidad calorífica y relajación térmica del helio a granel muy cerca del punto Lambda". Cartas de revisión física . 76 (6): 944–7. Código bibliográfico : 1996PhRvL..76..944L. doi : 10.1103/PhysRevLett.76.944. hdl : 2060/19950007794 . PMID  10061591. S2CID  29876364.
4. Rychkov, Slava (31 de enero de 2020). "Arranque conforme y la anomalía experimental del calor específico del punto λ". Club de revistas de física de la materia condensada . doi : 10.36471/JCCM_January_2020_02 .
5. Lipa, JA; Nissen, JA; Stricker, fiscal del distrito; Swanson, DR; Chui, TCP (14 de noviembre de 2003). "Calor específico del helio líquido en gravedad cero muy cerca del punto lambda". Revisión física B. 68 (17): 174518. arXiv : cond-mat/0310163 . Código Bib : 2003PhRvB..68q4518L. doi : 10.1103/PhysRevB.68.174518. S2CID  55646571.
6. Para otras transiciones de fase pueden ser negativas (por ejemplo, para el punto crítico líquido-vapor que tiene exponentes críticos de Ising ). Para esas transiciones de fase, el calor específico tiende al infinito. ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle \alpha \approx +0.1}$
7. Vicari, Ettore (21 de marzo de 2008). "Fenómenos críticos y flujo de grupos de renormalización de teorías Phi4 multiparamétricas". Actas del XXV Simposio internacional sobre teoría de campos de celosía - PoS (LATTICE 2007) . 42 . Ratisbona, Alemania: Sissa Medialab: 023. doi : 10.22323/1.042.0023 .
8. Campostrini, Massimo; Hasenbusch, Martín; Pelisseto, Andrea; Vicari, Ettore (6 de octubre de 2006). "Estimaciones teóricas de los exponentes críticos de la transición superfluida en $^{4}\mathrm{He}$ mediante métodos reticulares". Revisión física B. 74 (14): 144506. arXiv : cond-mat/0605083 . doi : 10.1103/PhysRevB.74.144506. S2CID  118924734.
9. Hasenbusch, Martín (26 de diciembre de 2019). "Estudio de Montecarlo de un modelo de reloj mejorado en tres dimensiones". Revisión física B. 100 (22): 224517. arXiv : 1910.05916 . Código Bib : 2019PhRvB.100v4517H. doi : 10.1103/PhysRevB.100.224517. ISSN  2469-9950. S2CID  204509042.
10. Chester, Shai M.; Landry, Walter; Liu, Junyu; Polonia, David; Simmons-Duffin, David; Su, Ning; Vichi, Alessandro (2020). "Creación del espacio OPE y exponentes críticos precisos del modelo O (2)". Revista de Física de Altas Energías . 2020 (6): 142. arXiv : 1912.03324 . Código Bib : 2020JHEP...06..142C. doi :10.1007/JHEP06(2020)142. S2CID  208910721.

enlaces externos

• ¿Qué es la superfluidez?