氦
冷知识——从液态到超流态的“冷却”之路 氦是一种想必大家都不陌生的元素，广泛用于气球浮力、激光技术等诸多领域。除了广泛应用的氦气，液态氦在科学研究中也扮演着重要的角色。而液态氦的最低温度接近绝对零度，并常常用于制备和观测各种新颖的物理现象。本文将为读者介绍氦冷知识，包括液态氦是如何产生的、液态氦与超流态氦的区别以及一些实际应用。 一、液态氦的产生 液态氦的制备需要将氦气压缩并通过冷却方式使其凝胶成液态。由于氦是一种极难液化的惰性气体，在自然界中只有极少的化学元素可以将氦气液化，因此在制备液态氦时需要采用特殊的制冷技术。其中最为常见的是利用制冷机将氦气压缩，再通过喷射电子束、超声波或磁场等方式将其冷却至低温。常规情况下，液态氦的温度约为-271℃。
二、液态氦与超流态氦的区别 在液态-气态相变中，分子间相互作用力逐渐减小，分子间间距逐渐增大。在极低温度下，液体中分子间的相互作用明显增强，因此吸收外部热量时能量难以与液体中分子间相互作用产生的纠结缠绕转化为热运动，导致液态的特殊性质与普通的气态有许多差异。 在极低温度下，当液态氦的温度降至-271℃以下时，其中的分子会极其静止，电子的运动受到限制，这种状态被称为超流态氦。超流态氦拥有一系列非常奇妙的物理性质，比如零电阻或者超导能力、低粘度或者无粘性。超流态氦通常被分为两个不同的类型：He I，液态氦的超流态；He II，纯的超导态。He II状态下的液态氦会呈现快速流动的特征，结果使得物理学家们喜欢利用液态氦He II来探究各种物理现象。
三、超流态氦的应用 超流态氦作为非常特殊的物质，其性能也带来了广泛的应用范围。超流态氦在薄膜超导器件、量子计算、量子传输和量子模拟等领域中得到了广泛的应用。
此外，超流态氦还被用于高能物理实验室中的粒子探测器中，以及在地震观察等领域中的应用，因为它能够排除掉任何随机噪声。 总之，氦冷技术给物理学领域提供了一个非常强大的工具，用于发现许多新颖的物理现象，同时还带来了许多新的应用。它为探究宇宙微观粒子的奇妙世界打开了一扇参透它的大门。