Question

氦-3的具体介绍

Answer 1

在自然界，存在着3He和4He两种同位素。4He的原子核有两个质子和两个中子，称为玻色子；而3He只有一个中子，称为费米子。20世纪30年代末期，卡皮查发现4He的超流动性。朗道从理论上解释了这种现象，他认为当温度在绝对温度2.17K时，4He原子发生玻色爱因斯坦凝聚，成为超流体，而像3He这样的费米子即使在最低能量下也不能发生凝聚，所以不可能发生超流动现象。金属的超导理论（BCS理论）的提出使得人们认为在极低温度下3He也可能会形成超流体。但是人们一直未能在实验上发现3He的超流动性。20世纪70年代，戴维·李领导的康奈尔低温小组首次发现了3He的超流动性，不久，其它的研究小组也证实了他们的发现。
3He超流体的发现在天体物理学上有着奇特的应用。人们使用相变产生的3He超流体来验证关于在宇宙中如何形成所谓宇宙弦的理论。研究小组用中微子引起的核反应局部快速加热超流体3He，当它们重新冷却后，会形成一些涡旋球。这些涡旋球就相当于宇宙弦。这个结果虽然不能作为宇宙弦存在的证据，但是可以认为是对3He流体涡旋形成的理论的验证。3He超流体的发现不仅对凝聚态物理的研究起了推动作用，而且在此发现过程中所使用的核磁共振的方法，开创了用核磁共振技术进行断层检验的先河，今天核磁共振断层检验已发展成为医疗诊断的普遍手段。