Roton (Physik): Unterschied zwischen den Versionen
- Wikipedia:Defekte Weblinks/Ungeprüfte Archivlinks 2018-11
- Quasiteilchen
imported>PerfektesChaos (tk k) |
imported>Speedpera K (+wikilink) |
||
| Zeile 3: | Zeile 3: | ||
== Geschichtlicher Überblick == | == Geschichtlicher Überblick == | ||
[[Datei:RotonDispersionRelation.svg|mini|Die Dispersionsrelation von Helium II-Anregungen.<br />Für<math>E\approx 0</math> hat man den linearen Zuwachs der Phononen, nach einem Maximum findet man die Rotonen als metastabile Anregung.]] | [[Datei:RotonDispersionRelation.svg|mini|Die Dispersionsrelation von Helium II-Anregungen.<br />Für<math>E\approx 0</math> hat man den linearen Zuwachs der Phononen, nach einem Maximum findet man die Rotonen als metastabile Anregung.]] | ||
Landaus Ansatz 1941 zur Betrachtung von [[Helium II]] bestand in der [[Quantisierung (Physik)|Quantisierung]] der beiden makroskopischen Größen [[Dichte]] und [[Geschwindigkeit]] der Flüssigkeit. Außer der [[Dispersionsrelation]] der kollektiven Anregung betrachtete er unter anderem die [[Wärmekapazität]], leitete die [[Hydrodynamik|hydrodynamischen]] Gleichungen der [[Quantenflüssigkeit]] her und sagte darin den [[Zweiter Schall|Zweiten Schall]] vorher. Für niedrige Temperaturen beschrieb er das System als ein | Landaus Ansatz 1941 zur Betrachtung von [[Helium II]] bestand in der [[Quantisierung (Physik)|Quantisierung]] der beiden makroskopischen Größen [[Dichte]] und [[Geschwindigkeit]] der Flüssigkeit. Außer der [[Dispersionsrelation]] der kollektiven Anregung betrachtete er unter anderem die [[Wärmekapazität]], leitete die [[Hydrodynamik|hydrodynamischen]] Gleichungen der [[Quantenflüssigkeit]] her und sagte darin den [[Zweiter Schall|Zweiten Schall]] vorher. Für niedrige Temperaturen beschrieb er das System als ein Zweiflüssigkeitenmodell, bestehend aus einer suprafluiden und einer normalfluiden Komponente. Der Anteil der suprafluiden Komponente ist dabei temperaturabhängig; diese Komponente verschwindet mit dem [[Phasenübergang]] von Helium II auf Helium I am [[Lambdapunkt]]. Als Ergebnis dieser makroskopischen Theorie unterschied er [[Phonon]]en und Rotonen als zwei mögliche kollektive Anregungen der gesamten Quantenflüssigkeit. Den Namen ''Roton'' hat er dabei [[Igor Jewgenjewitsch Tamm]] zugeschrieben.<ref name="Landau" /><ref name="Wilks" /> | ||
Andronikashvili versuchte 1946 Landaus Postulate experimentell zu überprüfen. Er maß die [[Viskosität]] von Helium II, indem er 100 hauchdünne, runde [[Aluminium]]folien von ca. 13 μm Dicke im Abstand von 0,2 mm in das Helium senkte, die im Mittelpunkt an einem Draht aufgehängt waren, um den sie sich drehen konnten. Mit dieser Anordnung hatte er einen möglichst großen Impulsübertrag von den aufgehängten Folien auf das flüssige Helium, das er in eine Rotationsbewegung versetzen wollte. Er stellte dabei fest, dass sich die suprafluide Komponente erst ab einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit mitbewegt. Seine Experimente zielten nur auf makroskopische Größen.<ref name="Andronikashvili" /><ref name="Atkins" /> | Andronikashvili versuchte 1946 Landaus Postulate experimentell zu überprüfen. Er maß die [[Viskosität]] von Helium II, indem er 100 hauchdünne, runde [[Aluminium]]folien von ca. 13 μm Dicke im Abstand von 0,2 mm in das Helium senkte, die im Mittelpunkt an einem Draht aufgehängt waren, um den sie sich drehen konnten. Mit dieser Anordnung hatte er einen möglichst großen Impulsübertrag von den aufgehängten Folien auf das flüssige Helium, das er in eine Rotationsbewegung versetzen wollte. Er stellte dabei fest, dass sich die suprafluide Komponente erst ab einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit mitbewegt. Seine Experimente zielten nur auf makroskopische Größen.<ref name="Andronikashvili" /><ref name="Atkins" /> | ||
| Zeile 15: | Zeile 15: | ||
<ref name="Andronikashvili"> | <ref name="Andronikashvili"> | ||
E. Andronikashvili. J. Phys. USSR 10 , 201 (1946) | E. Andronikashvili. J. Phys. USSR 10 , 201 (1946) | ||
J. Exp. Theor. Phys. USSR 18, 429 (1946) | [[J. Exp. Theor. Phys.]] USSR 18, 429 (1946) | ||
</ref> | </ref> | ||
<ref name="Atkins"> | <ref name="Atkins"> | ||
| Zeile 50: | Zeile 50: | ||
|Autor=[[Richard Feynman|Richard P. Feynman]] | |Autor=[[Richard Feynman|Richard P. Feynman]] | ||
|Titel=Superfluidity and Superconductivity | |Titel=Superfluidity and Superconductivity | ||
|Sammelwerk=Rev. Mod. Phys. | |Sammelwerk=[[Rev. Mod. Phys.]] | ||
|Band=29 | |Band=29 | ||
|Seiten=205 | |Seiten=205 | ||
| Zeile 71: | Zeile 71: | ||
|Autor=W. F. Vinen | |Autor=W. F. Vinen | ||
|Titel=Detection of Single Quanta of Circulation in Rotating Helium II | |Titel=Detection of Single Quanta of Circulation in Rotating Helium II | ||
|Sammelwerk=Nature | |Sammelwerk=[[Nature]] | ||
|Band=181 | |Band=181 | ||
|Seiten=1524–1525 | |Seiten=1524–1525 | ||
| Zeile 83: | Zeile 83: | ||
|Autor=W. F. Vinen | |Autor=W. F. Vinen | ||
|Titel=The Detection of Single Quanta of Circulation in Liquid Helium II | |Titel=The Detection of Single Quanta of Circulation in Liquid Helium II | ||
|Sammelwerk=Proceedings A of the Royal Society | |Sammelwerk=[[Proceedings A of the Royal Society]] | ||
|Band=260 | |Band=260 | ||
|Nummer=1301 | |Nummer=1301 | ||
| Zeile 92: | Zeile 92: | ||
|Abruf=2014-12-14}} | |Abruf=2014-12-14}} | ||
</ref> | </ref> | ||
<ref name="Wilks"> | <ref name="Wilks">{{Literatur | ||
{{Literatur | |||
|Autor=J. Wilks | |Autor=J. Wilks | ||
|Titel=The Theory of Liquid <sup>4</sup>He | |Titel=The Theory of Liquid <sup>4</sup>He | ||
| Zeile 100: | Zeile 99: | ||
|Seiten=38–85 | |Seiten=38–85 | ||
|Datum=1957 | |Datum=1957 | ||
|Online=[http://www.pa.msu.edu/courses/PHY451/Experiments/superfluidity/1957_wilks_theory_of_liqud_helium4.pdf University of Michigan] | |Online=[http://www.pa.msu.edu/courses/PHY451/Experiments/superfluidity/1957_wilks_theory_of_liqud_helium4.pdf University of Michigan] | ||
|Format=PDF | |Format=PDF | ||
|KBytes= | |KBytes= | ||
|DOI=10.1088/0034-4885/20/1/302 | |DOI=10.1088/0034-4885/20/1/302 | ||
|Abruf=2014-12-14}} | |Abruf=2014-12-14}} {{Webarchiv|url=http://www.pa.msu.edu/courses/PHY451/Experiments/superfluidity/1957_wilks_theory_of_liqud_helium4.pdf |wayback=20150924063226 |text=University of Michigan |archiv-bot=2018-11-30 17:05:09 InternetArchiveBot }}</ref> | ||
</ref> | |||
</references> | </references> | ||
[[Kategorie:Quasiteilchen]] | [[Kategorie:Quasiteilchen]] | ||
Aktuelle Version vom 16. September 2019, 10:12 Uhr
Das Roton ist eine Anregung von suprafluiden Flüssigkeiten, die von dem russischen Physiker Lew Landau eingeführt wurde. Dieses Quasiteilchen beschreibt die makroskopischen Rotationszustände der suprafluiden Flüssigkeit.
Geschichtlicher Überblick
Landaus Ansatz 1941 zur Betrachtung von Helium II bestand in der Quantisierung der beiden makroskopischen Größen Dichte und Geschwindigkeit der Flüssigkeit. Außer der Dispersionsrelation der kollektiven Anregung betrachtete er unter anderem die Wärmekapazität, leitete die hydrodynamischen Gleichungen der Quantenflüssigkeit her und sagte darin den Zweiten Schall vorher. Für niedrige Temperaturen beschrieb er das System als ein Zweiflüssigkeitenmodell, bestehend aus einer suprafluiden und einer normalfluiden Komponente. Der Anteil der suprafluiden Komponente ist dabei temperaturabhängig; diese Komponente verschwindet mit dem Phasenübergang von Helium II auf Helium I am Lambdapunkt. Als Ergebnis dieser makroskopischen Theorie unterschied er Phononen und Rotonen als zwei mögliche kollektive Anregungen der gesamten Quantenflüssigkeit. Den Namen Roton hat er dabei Igor Jewgenjewitsch Tamm zugeschrieben.[1][2]
Andronikashvili versuchte 1946 Landaus Postulate experimentell zu überprüfen. Er maß die Viskosität von Helium II, indem er 100 hauchdünne, runde Aluminiumfolien von ca. 13 μm Dicke im Abstand von 0,2 mm in das Helium senkte, die im Mittelpunkt an einem Draht aufgehängt waren, um den sie sich drehen konnten. Mit dieser Anordnung hatte er einen möglichst großen Impulsübertrag von den aufgehängten Folien auf das flüssige Helium, das er in eine Rotationsbewegung versetzen wollte. Er stellte dabei fest, dass sich die suprafluide Komponente erst ab einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit mitbewegt. Seine Experimente zielten nur auf makroskopische Größen.[3][4]
Richard Feynman schlug Ende der 1950er Jahre vor, die Dispersionsrelation der Anregungen durch Streuexperimente mit Neutronen zu untersuchen. Die Ergebnisse stimmten mit Landaus Postulaten überein.[5][6][2][7]
Durch die Experimente von William Frank Vinen wurde gezeigt, dass die makroskopische Rotationsbewegung quantisiert ist, und dass die Rotonen Quanten des Drehimpulsbetrags tragen.[8][9]
Einzelnachweise
- ↑ Lew Landau: The theory of superfluidity of helium II. In: D. Ter Haar (Hrsg.): Collected Papers of L.D. Landau. S. 301 (Kapitel 46 in der Google-Buchsuche – Reprint von JPhys U.S.S.R. 5, 71, 1941; JETP 11, 592, 1941).
- ↑ 2,0 2,1 J. Wilks: The Theory of Liquid 4He. In: Rep. Prog. Phys. Band 20, 1957, S. 38–85, doi:10.1088/0034-4885/20/1/302 (University of Michigan [PDF; abgerufen am 14. Dezember 2014]). University of Michigan (Memento des Originals vom 24. September 2015 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
- ↑ E. Andronikashvili. J. Phys. USSR 10 , 201 (1946) J. Exp. Theor. Phys. USSR 18, 429 (1946)
- ↑ K. R. Atkins: Liquid Helium. Cambridge University Press, 2014, ISBN 978-1-107-63890-7 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Richard P. Feynman: Superfluidity and Superconductivity. In: Rev. Mod. Phys. Band 29, 1957, S. 205, doi:10.1103/RevModPhys.29.205.
- ↑ John Bardeen: Solid-State Physics: Accomplishments and Future Prospects. In: Sanborn Conner Brown (Hrsg.): Physics 50 Years Later. National Academies, 1873 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer: Lehrbuch der Experimentalphysik. Band 5. Gase, Nanosysteme, Flüssigkeiten. Walter de Gruyter, 2005, ISBN 978-3-11-017484-7 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ W. F. Vinen: Detection of Single Quanta of Circulation in Rotating Helium II. In: Nature. Band 181, 1958, S. 1524–1525, doi:10.1038/1811524a0 (Abstract [abgerufen am 14. Dezember 2014]).
- ↑ W. F. Vinen: The Detection of Single Quanta of Circulation in Liquid Helium II. In: Proceedings A of the Royal Society. Band 260, Nr. 1301, 1961, S. 218, doi:10.1098/rspa.1961.0029 (Abstract [abgerufen am 14. Dezember 2014]).
