Punto lambda

Temperatura de transición superfluida del helio-4

Gráfico de la capacidad calorífica específica en función de la temperatura.

El punto lambda es la temperatura a la que el helio fluido normal (helio I) hace la transición al estado superfluido ( helio II ). A una presión de 1 atmósfera , la transición ocurre aproximadamente a 2,17 K. 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 la " presión de vapor saturado " 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 imagen) 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 parece 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 se puede medir con precisión solo 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 una carga útil del transbordador espacial en 1992. ^[3] ${\displaystyle \lambda }$

Problema sin resolver en física :

Explique la discrepancia entre las determinaciones experimentales y teóricas del exponente crítico de capacidad térmica 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 el gráfico puede sugerir), sino que tiene valores límite finitos al acercarse a 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 un desacuerdo significativo ^{[7] [4]} con las determinaciones teóricas más precisas ^{[8] [9] [10]} provenientes de las técnicas de expansión a alta temperatura, los métodos de Monte Carlo y el bootstrap conforme .

Véase también

• Refrigerador de punto lambda

Referencias

1. Donnelly, Russell J.; Barenghi, Carlo F. (1998). "Las propiedades observadas del helio líquido a la presión de vapor saturado". Journal of Physical and Chemical Reference Data . 27 (6): 1217–1274. Código Bibliográfico :1998JPCRD..27.1217D. doi :10.1063/1.556028.
2. Hoffer, JK; Gardner, WR; Waterfield, CG; Phillips, NE (abril de 1976). "Propiedades termodinámicas de ⁴ He. II. La fase bcc y los diagramas de fase PT y VT por debajo de 2 K". Journal of Low Temperature Physics . 23 (1): 63–102. Bibcode :1976JLTP...23...63H. doi :10.1007/BF00117245. S2CID  120473493.
3. Lipa, JA; Swanson, DR; Nissen, JA; Chui, TCP; Israelsson, UE (1996). "Capacidad térmica y relajación térmica del helio en masa muy cerca del punto Lambda". Physical Review Letters . 76 (6): 944–7. Bibcode :1996PhRvL..76..944L. doi :10.1103/PhysRevLett.76.944. hdl : 2060/19950007794 . PMID  10061591. S2CID  29876364.
4. Rychkov, Slava (31 de enero de 2020). "Bootstrap conforme y anomalía experimental del calor específico del punto λ". Journal Club for Condensed Matter Physics . doi : 10.36471/JCCM_January_2020_02 .
5. Lipa, JA; Nissen, JA; Stricker, DA; Swanson, DR; Chui, TCP (14 de noviembre de 2003). "Calor específico del helio líquido en gravedad cero muy cerca del punto lambda". Physical Review B . 68 (17): 174518. arXiv : cond-mat/0310163 . Código Bibliográfico :2003PhRvB..68q4518L. doi :10.1103/PhysRevB.68.174518. S2CID  55646571.
6. Para otras transiciones de fase puede ser negativo (por ejemplo, para el punto crítico líquido-vapor que tiene exponentes críticos de Ising ). Para esas transiciones de fase el calor específico tiende a 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 en Red — PoS(LATTICE 2007) . 42 . Ratisbona, Alemania: Sissa Medialab: 023. doi : 10.22323/1.042.0023 .
8. Campostrini, Massimo; Hasenbusch, Martin; Pelissetto, Andrea; Vicari, Ettore (6 de octubre de 2006). "Estimaciones teóricas de los exponentes críticos de la transición superfluida en $^{4}\mathrm{He}$ mediante métodos de red". Physical Review B . 74 (14): 144506. arXiv : cond-mat/0605083 . doi :10.1103/PhysRevB.74.144506. S2CID  118924734.
9. Hasenbusch, Martin (26 de diciembre de 2019). "Estudio de Monte Carlo de un modelo de reloj mejorado en tres dimensiones". Physical Review B . 100 (22): 224517. arXiv : 1910.05916 . Código Bibliográfico :2019PhRvB.100v4517H. doi :10.1103/PhysRevB.100.224517. ISSN  2469-9950. S2CID  204509042.
10. Chester, Shai M.; Landry, Walter; Liu, Junyu; Poland, David; Simmons-Duffin, David; Su, Ning; Vichi, Alessandro (2020). "Extracción del espacio OPE y exponentes críticos del modelo O(2) preciso". Journal of High Energy Physics . 2020 (6): 142. arXiv : 1912.03324 . Código Bibliográfico :2020JHEP...06..142C. doi :10.1007/JHEP06(2020)142. S2CID  208910721.

Enlaces externos

• ¿Qué es la superfluidez?