Դիտել Գերհոսուն հելիում-4 էջի վիքիկոդը

'''Գերհոսուն հելիում-4''' ({{lang-en|superfluid helium-4}}), [[հելիում]] տարրի 4 զանգվածով [[իզոտոպ]]ի [[Ագրեգատային վիճակ|ֆազային վիճակ]], որում այն ցուցաբերում է 0-ական [[Մածուցիկություն|մածուցիկությամբ]] հեղուկի հատկություններ․ հոսում է առանց շփման ցանկացած մակերևույթով, թափանցում է շատ փոքր անցքերով՝ ենթարկվելով միայն իր սեփական [[իներցիա]]յին։ Հելիումի գերհոսուն վիճակը դիտվում է այն դեպքում, երբ այն սառեցվում է [[կրիտիկական ջերմաստիճան]]ից ցածր (~2,17 [[Կելվին (չափման միավոր)|Կ]])։ 1 Կ ջերմաստիճանում այն գրեթե ամբողջությամբ դառնում է գերհոսուն<ref name="gsu_edu_hbase">{{cite web|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/lhel.html|title=Liquid Helium — Hyperphysics|work=Georgia State University: Department of Physics and Astronomy|type=|author=Carl R. (Rod) Nave|place=Atlanta, Georgia}}</ref>։

Գերհոսուն հելիումը հայտնի է որպես [[քվանտային հիդրոդինամիկա]]յի և մակրոսկոպիկ քվանտային երևույթների ուսումնասիրման հիմնական օբյեկտ։ [[Գերհոսունություն|Գերհոսունության]] առաջացումը համարվում է ավարտված [[Բոզե-Այնշտայնի կոնդենսատ]]ի ձևավորմամբ։ Դրա համար ապացույց է հանդիսանում այն փաստը, որ հելիում 4-ի գերհոսունությունը հեղուկ վիճակում դիտվում է ավելի բարձր ջերմաստիճաններում, քան այն կարելի է դիտել հելիում-3 իզոտոպում։ Հելիում 4-ի յուրաքանչյուր ատոմ [[բոզոն]] է, քանի որ նրա [[սպին]]ը հավասար է 0-ի։ Այնուամենայնիվ, հելիում 3-ը [[ֆերմիոն]] է, որը կարող է ստեղծել բոզոններ միայն նմանատիպ ատոմի հետ զուգակցվելով ավելի ցածր ջերմաստիճաններում, [[Գերհաղորդականություն|գերհաղորդականության]] երևույթի մեջ էլեկտրոնների զուգակցման նման մի գործընթացում։ Հելիում 4-ի իզոտոպը (⁴He) մոտավորապես միլիոն անգամ ավելի տարածված է, քան հելիում 3-ը (³He)<ref name="gritsenko">{{статья |ссылка=http://www.ilt.kharkov.ua/bvi/structure/theses/aref_gritsenko.pdf |заглавие=Режимы ламинарного и турбулентного течения гелия и его изотопического раствора при низких температурах |место=Харьков |издание=Физико-технический институт низких температур им. Б. И. Веркина НАН Украины |accessdate=2017-01-13 |язык=ru |тип=журнал |автор=Гриценко І.А. |число=8 |месяц=9 |год=2016}}</ref>
<ref name=Emsley>{{книга
|год=2001
|заглавие=Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements
|страницы=178
|издательство=Oxford University Press
|isbn=0-19-850340-7
|язык=en
|автор=J. Emsley
}}</ref>, այդ պատճառով, երբ խոսք է գնում հելիումի գերհոսունության կիրառման մասին, հիմնականում նկատի է առնվում հենց ⁴He-ը։ ³He-ի ոչ մեծ քանակությամբ խառնուրդները ⁴He-ի հատկությունները չեն ցուցաբերում. ձևավորվում է լուծույթ, որը  պահպանում է գերհոսունությունը, չնայած անցման ջերմաստիճանը նվազում է։ ³He-ի մեծ կոնցենտրացիայիով լուծույթները դեռևս լավ չեն ուսումնասիրված<ref name="gritsenko"/>։

Ներկայում բացի հեղուկ հելիումից, որին բնորոշ է հոսունության վիճակը, կա այդպիսի հատկությամբ օժտված [[ջրածին]] (շատ քիչ քանակությամբ՝ մի քանի տասնյակ մոլեկուլ, քանի որ օրթո- և ջրածնի մոլեկուլները լավ խառնվում են նույնիսկ շատ ցածր ջերմաստիճանում)<ref>[http://superfluidsiiti.weebly.com/liquid-hydrogen-turns-superfluid.html Liquid hydrogen turns Superfluid]</ref>։

== Հետազոտության պատմություն ==
Հեղուկացված հելիումն առաջին անգամ ստացել է [[Հեյկե Կամերլինգ Օնես|Կամերլինգ Օնես]]ը 1908 թվականի հուլիսի 10-ին։ Դրա համար անհրաժեշտ էր գազը սառեցնել մինչև 4Կ ջերմաստիճան<ref name="gsu_edu_hbase" />։ 1910 թվականին Կեմերլինգ-Օնեսը կարողացել է սառեցնել հելիումը մինչև 1,04 Կ ջերմաստիճան։ Այս հետեզոտությունների համար նա 1913 թվականին արժանացել է [[Նոբելյան մրցանակ]]ի։ Հեղուկացված հելիումը մինչև 1 Կ հնարավոր է սառեցնել ցածր ճնշման տակ գոլորշիացնելով ([[վակումային պոմպ]]ի կիրառմամբ)<ref name="gsu_edu_hbase" />։

Հեղուկացված հելիումի գերհոսունությունը հայտնաբերել են [[Պյոտր Կապիցա]]ն<ref name="ReferenceA">{{статья |заглавие=Viscosity of Liquid Helium Below the λ-Point |doi=10.1038/141074a0 |издание=Nature |том=141 |номер=3558 |страницы=74 |bibcode=1938Natur.141...74K |язык=en |автор=Kapitza, P. |год=1938 }}</ref>, Ջոն Ալենը և Դոն Միսեները<ref name="ReferenceA"/> 1937 թվականին։ Այդ ժամանակվանից այն նկարագրվել է ֆենոմենոլոգիական և մանրադիտակային տեսությունների միջոցով։

1950-ական թվականներին Հոլլը (Hall H.E.) և Վայնենը (Vinen W.F.) իրականացրել են փորձեր, որոնք հասատատել են քվանտային պտույտային գծերի առկայությունը գերհոսուն հելիումում<ref>{{статья|doi=10.1098/rspa.1956.0215|заглавие=The Rotation of Liquid Helium II. II. The Theory of Mutual Friction in Uniformly Rotating Helium II|издание=Proceedings of the Royal Society#Proceedings of the Royal Society A|Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences|том=238|номер=1213|страницы=215|bibcode=1956RSPSA.238..215H|язык=en|тип=journal|автор=Hall, H. E.; Vinen, W. F.|год=1956}}</ref>։ [[1960-ական թվականներ]]ի Ռեյֆիլդը (Rayfield) և Ռիֆը (Reif) հաստատել են քվանտային պտույտային օղակների առկայությունը<ref>{{статья |doi=10.1103/PhysRev.136.A1194 |заглавие=Quantized Vortex Rings in Superfluid Helium |издание=Physical Review |том=136 |номер=5A |страницы=A1194 |bibcode=1964PhRv..136.1194R |язык=en |автор=Rayfield, G.; Reif, F. |год=1964 |тип=journal}}</ref>։ Պակարդը (Packard) նկատել է պտույտային գծերի հատումը հեղուկի ազատ մակերեսին<ref>{{статья |doi=10.1016/0378-4363(82)90510-1 |заглавие=Vortex photography in liquid helium |издание=Physica B+C |том=109—110 |страницы=1474 |bibcode=1982PhyBC.109.1474P |язык=und |автор=Packard, Richard E. |год=1982}}</ref>, Ավենելը (Avenel) և Վերոկուն (Varoquaux) ուսումնասիրել են [[Ջոզեֆսոնի երևույթ|Ջոզեֆսոնի էֆեկտը]] գերհոսուն հելիում 4-ում<ref>{{статья |doi=10.1103/PhysRevLett.55.2704 |ссылка=http://www.physics.berkeley.edu/research/packard/related/Articles/17ObservationSinglyPRL1985.pdf |заглавие=Observation of Singly Quantized Dissipation Events Obeying the Josephson Frequency Relation in the Critical Flow of Superfluid ^{4}He through an Aperture |издание=Physical Review Letters |том=55 |номер=24 |страницы=2704—2707 |pmid=10032216 |bibcode=1985PhRvL..55.2704A |archiveurl=https://web.archive.org/web/20140307184552/http://www.physics.berkeley.edu/research/packard/related/Articles/17ObservationSinglyPRL1985.pdf |archivedate=2014-03-07 |accessdate=2017-02-16 |язык=en |тип=journal |автор=Avenel, O.; Varoquaux, E. |год=1985}}</ref>։ 2006 թվականին [[Մերիլենդի համալսարան (Քոլեջ Պարկ)|Մերիլենդի համալսարանի]] մի խումբ գիտնականներ վիզուալացրել են քվանտային պտույտները ծանր ջրածնի մարկերային մասնիկների միջոցով<ref>{{статья |doi=10.1038/441588a |заглавие=Superfluid helium: Visualization of quantized vortices |издание=Nature |том=441 |номер=7093 |страницы=588 |pmid=16738652 |ссылка=http://users.ictp.it/~krs/pdf/2006_001.pdf |bibcode=2006Natur.441..588B |язык=en |автор=Bewley, Gregory P.; Lathrop, Daniel P.; Sreenivasan, Katepalli R. |год=2006 }}</ref>։

=== 21-րդ դարում ===
2000-ականներին սկզբին ֆիսիկոսներն ստեղծել են [[ֆերմիոնային կոնդենսատ]]՝ ֆերմիոնների գերսառը ատոմների զույգերից։ Որոշակի պայմաններում ֆերմիոնի ատոմային զույգերը ձևավորում են երկատոմ մոլեկուլներ, և համակարգում հնարավոր է դառնում [[Բոզե-Այնշտայնի կոնդենսատ|Բոզե-Այնշտայնի խտացումը]]։ Մյուս ծայրահեղությունում ֆերմիոնները (մասնավորապես գերհաղորդիչ էլեկտրոնների մեծ մասը) ձևավորում են [[կուպերովյան զույգեր]], որոնց նույնպես բնորոշ է գերհոսունությունը։ Գերսառը ատոմային գազերի վերաբերյալ այս աշխատանքը հնարավորություն է տվել ուսումնասիրել այս երկու ծայրահեղությունների միջև ընկած տարածքը, որը հայտնի է որպես  BEC-BCS քրոսովեր։

Գերհոսուն պինդ մարմինները, հնարավոր է, հայտնաբերվել են 2004 թվականին Փենսիլվանիա նահանգի համալսարանի ֆիզիկոսների կողմից։ Եթե հելիում-4-ը սառեցվի 200մԿ ջերմաստիճանից ցածր ջերմաստիճանում բարձր ճնշման տակ, պինդ մարմնի մոտավորապես մեկ տոկոսը դառնում է գերհոսուն<ref>{{статья|заглавие=Probable Observation of a Supersolid Helium Phase|издание=Nature|том=427|номер=6971|страницы=225—227|pmid=14724632|doi=10.1038/nature02220|bibcode=2004Natur.427..225K|язык=en|автор=E. Kim and M. H. W. Chan|год=2004}}</ref><ref>Moses Chan's Research Group. «[http://www.phys.psu.edu/~chan/index_files/Page526.htm Supersolid] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20130408065008/http://www.phys.psu.edu/~chan/index_files/Page526.htm|date=2013-04-08}}.» ''Penn State University,'' 2004.</ref>։ Տորսիոնային օսցիլյատորի օգնությամբ կատարված փորձով ցույց է տրվել, որ կտրուկ սառեցման կամ կարգավորման ժամանակահատվածի երկարաձգման (դրանով իսկ բարձրացնելով կամ նվազեցնելով թերությունների խտությունը համապատասխանաբար) դեպքում գերհոսուն պինդ մարմնի ֆրակցիան կարող է լինել 20 %-ից մինչև բոլորովին բացակայող։ Սա հնարավորություն է տվել ենթադրել, որ գերհոսուն պինդմարմնային հելիում 4-ի հատկությունները բնորոշ չեն հելիում 4-ին և կարգավորված չեն<ref>{{статья|doi=10.1103/PhysRevLett.97.165301|заглавие=Observation of Classical Rotational Inertia and Nonclassical Supersolid Signals in Solid 4 He below 250 mK|издание=Phys. Rev. Lett|том=97|страницы=165301|pmid=17155406|номер=16|bibcode=2006PhRvL..97p5301R|язык=en|тип=journal|автор=Sophie, A; Rittner C.|год=2006}}</ref><ref>{{статья|doi=10.1103/PhysRevLett.98.175302|заглавие=Disorder and the Supersolid State of Solid 4 He|издание=Phys. Rev. Lett|том=98|страницы=175302|bibcode=2007PhRvL..98q5302R|номер=17|arxiv=cond-mat/0702665|язык=en|автор=Sophie, A; Rittner C.|год=2007|тип=journal}}</ref>։

== Հատկություններ ==
[[Պատկեր:Phase diagram of 4He 01.svg|մինի|Նկար 1. ⁴He ֆազային դիագրամ<ref>{{статья|doi=10.1103/PhysRev.79.626|заглавие=The Liquid-Solid Transformation in Helium near Absolute Zero|издание=Physical Review|том=79|номер=4|страницы=626|bibcode=1950PhRv...79..626S|язык=en|тип=journal|автор=Swenson, C.|год=1950}}</ref>։ Ցույց է տալիս, թե ինչպիսի պայմաններում ([[ջերմաստիճան]] (Т) և [[ճնշում]] (р) է հելիումը գտնվում [[գազ]]ային, [[հեղուկ]] և [[Պինդ մարմին|պինդ]] վիճակներում։ Ֆազային դիագրամում համապատասխան հատվածները բաժանվում են հալման կորով (հեղուկ և պինդ վիճակների միջև) և եռման գծով (հեղուկ և գազային վիճակների միջև)։ Վերջին գիծն ավարտվում է [[կրիտիկական կետ]]ում, որտեղ գազի և հեղուկի միջև տարբերությունը անհետանում է։]]
[[Պատկեր:Heat capacity of 4He 01.jpg|մինի|Նկար 2. Հեղուկ <sup>4</sup>He-ի ջերմունակությունը հագեցած գոլորշիների ճնշման տակ, որպես ջերմաստիճանային ֆունկցիա։ Ամենաբարձր կետը T = 2,17 Կ-ի դեպքում նշանակում է երկրորդ կարգի [[ֆազային անցում]]։]]
[[Պատկեր:Normal and superfluid density 01.jpg|մինի|Նկար 3. Նորմալ և գերհոսուն համակարգերի հարաբերական կախվածությունը ջերմաստիճանից ρ<sub>n</sub>/ρ і ρ<sub>s</sub>/ρ, որպես ֆունկցիա ''T'']]
Վիճակի դիագրամը (նկար 1) ցույց է տալիս <sup>4</sup>He-ի յուրահատկությունը, որը կարող է գտնվել [[հեղուկ|հեղուկ վիճակ]]ում նույնիսկ բացարձակ 0-ի դեպքում։ Այն կարծրանում է միայն ավելի քան 25 [[Բար (չափման միավոր)|բար]] ճնշման տակ։

Այդ դիագրամում նաև ցույց է տրված λ-գիծը, որը բաժանում է հեղուկ վիճակի երկու տարածքը, որոնք նշանակված են He-I և He-II։ He-I-ի տարածքում հելիումն իրեն դրսևորում է որպես նորմալ հեղուկ, իսկ He-II-ում՝ գերհոսուն։

Լամբդա գծի անվանումը ծագում է յուրահատուկ գրաֆիկից, որը ցույց է տալիս [[Ջերմունակություն|ջերմունակության]] կախվածությունը ջերմաստիճանից, ինչը հիշեցնում է հունական λ (լյամբդա) տառը<ref>{{статья|doi=10.1016/S0031-8914(35)90128-8|заглавие=New measurements on the specific heat of liquid helium|издание=Physica|том=2|страницы=557|bibcode=1935Phy.....2..557K|язык=en|тип=journal|автор=Keesom, W.H.; Keesom, A.P.|год=1935}}</ref><ref>{{статья|doi=10.1016/S0079-6417(08)60134-1|заглавие=The nature of the λ-transition in liquid helium|том=3|isbn=9780444533098|страницы=80|язык=und|автор=Buckingham, M.J.; Fairbank, W.M.|год=1961}}</ref>։ Ջերմունակության գագաթնակետը դիտվում է 2,172 [[Кельвин (единица)Կելվին (չափման միավոր)|Կ]] ջերմաստիճանում (նկար 2), որը կոչվում է λ-կետ։

Լամբդա գծից ներքև հելիումի վարքագիծը հնարավոր է ֆենոմենոլոգիականորեն նկարագրել այսպես կոչված երկհեղուկային մոդելի միջոցով։ Այն իրեն պահում է այնպես, կարծես բաղկացած է երկու բաղադրիչներից՝ նորմալ, որը նման է սովորական հեղուկի և գերհոսուն՝ 0-ական մածուցիկությամբ և 0-ական [[էնտրոպիա]]յով։ Նորմալ (ρ<sub>n</sub>) և գերհոսուն (ρ <sub>s</sub>) բաղադրիչների խտությունների հարաբերությունը  կախված է ջերմաստիճանից և ներկայացված է նկար 3-ում<ref>E.L. Andronikashvili Zh. Éksp. Teor. Fiz, Vol.16 p.780 (1946), Vol.18 p. 424 (1948)</ref>։ Ջերմաստիճանի նվազման դեպքում գերհոսուն (ρ<sub>s</sub>/ρ) բաղադրիչի խտությունը բարձրանում է 0-ից ''T'' <sub>λ</sub> մինչև 1-ի Կելվինով 0-ական ջերմաստիճանի դեպքում։ 1 Կ-ից ցածր ջերմաստիճանում հելիումը գրեթե ամբողջությամբ գերհոսուն է։ 0,7 Կ-ից ցածր ջերմաստիճանում նորմալ բաղադրիչների խտության կախվածությունը ջերմաստիճանից ունի  ρ<sub>n</sub> ~ T<sup>4</sup> տեսքը<ref name="gritsenko"/>։

Կարելի է ստեղծել նորմալ բաղադրիչի (և հետևաբար գերհոսուն բաղադրիչի, քանի որ ρ<sub>n</sub> + ρ<sub>s</sub> = հաստատուն), որոնք հիշեցնում են սովորական ձայնային ալիքներ։ Այս էֆեկտը կոչվում է երկրորդ ձայն։ ρ<sub>n</sub>  ջերմաստիճանային կախվածության միջոցով (նկար 3)  ρ<sub>n</sub>-ում այս ալիքները նաև ջերմաստիճանային ալիքներ են։
[[Պատկեր: helium-II-creep.svg|thumb|right|Նկար 4. Հելիում II «սողում է» մակերևույթով, և որոշ ժամանակ անց երկու տարաների մակարդակները կհավասարվեն։ Ռոլլինի թաղանթը ներառում է մեծ տարայի ներքին մասը, եթե այն կնքված չլինի, ապա հելիում II-ը կհոսի և կթափվի։]]
[[Պատկեր:Liquid helium Rollin film.jpg|thumb|right|Նկար 5. Գավաթի ներսում հեղուկ հելիումը գտնվում է գերհոսուն վիճակում։ Քանի դեռ գերհոսուն է, այն սողում է գավաթի պատի վրայով դեպի վեր բարակ թաղանթի տեսքով։ Այս թաղանթը հոսում է եզրերով, իսկ այնուհետև իջնում է արտաքին կողմով՝ հատակին առաջացնելով հեղուկի կաթիլ։ Կաթիլները ձևավորվում են մեկը մյուսի հետևից, մինչև գավաթը ամբողջությամբ դատարկվի։]]

=== Թաղանթի հոսք ===
Բազմաթիվ սովորական հեղուկներ, ինչպիսիք են [[սպիրտ]]ը և [[նավթ]]ը, կոշտ պատի վրայով կսողան դեպի վեր թրջման երևույթի շնորհիվ, ինչը պայմանավորված է [[Մակերևութային լարվածություն|մակերևույթային լարվածությամբ]]։ Հեղուկ հելիումը նույնպես ունի այս հատկությունը, սակայն He-II-ի դեպքում շերտում հեղուկի հոսքը սահմանափակվում է ոչ միայն նրա մածուցիկությամբ, այլ մոտ 20 սմ/վրկ կրիտիկական արագությամբ։ Դա բավականին մեծ արագություն է, այդ պատճառով գերհոսուն հելիումը կարող է հեշտությամբ հոսել դեպի վեր դատարկ տարայի պատերի վրայով, որոնք մասամբ ընկղմված են հեղուկի մեջ, հոսել մինչև վերին եզրը և դուրս հոսում՝ լցնելով տարան մինչև հեղուկի մակարդակը դրսից։ Այս սիֆոնային էֆեկտը սխեմատիկ կերպով ցույց է տրված նկար 4-ում։ Եթե լցված տարան բարձրացնենք հեղուկի մակարդակից վեր, ապա տարայի հատակին թաղանթի հոսքը կառաջացնի տեսանելի կաթիլներ, ինչպես ցույց է տրված նկար 5-ում։

=== Տարբերությունը հելիում 3-ից ===
Չնայած հելիում 3-ի և հելիում 4-ի գերհոսունության ֆենոմենոլոգիաները շատ նման են, սակայն անցումների մանրադիտակային մանրամասները զգալիորեն տարբերվում են։ Հելիում 4-ի ատոմները [[բոզոն]]ներ են, և դրանց գերհոսունությունը կարելի բացատրել [[Բոզե-Այնշտայնի վիճակագրություն|Բոզե-Այնշտայնի վիճակագրության]] միջոցով, որին նրանք ենթարկվում են։ Մասնավորապես, հելիում 4-ի գերհոսունությունը կարելի բացատրել [[Բոզե-Այնշտայնի կոնդենսատ|Բոզե-Այնշտայնի խտացման]] միջոցով, որին նրանք ենթարկվում են։ Մյուս կողմից, հելիում 3-ի ատոմները [[ֆերմիոն]]ներ են, և գերհոսունության անցումը այս համակարգում բացատրվում է ԲԿՇ [[Գերհաղորդականություն|գերհաղորդականության]] տեսության ընդհանրացմամբ։ Այս տեսության համաձայն՝ ատոմների միջև տեղի է ունենում կուպերովյան  զուգավորում (այլ ոչ թե [[էլեկտրոն]]ների միջև, ինչպես ԲԿՇ դեպքում)  և դրանց միջև ձգողականության փոխազդեցությունը փոխանցվում է [[սպին]]ային, այլ ոչ թե [[ֆոնոն]]ի տատանումների միջոցով։ Գերհաղորդականության և գերհոսունության համակցված վիճակը կարելի է նկարագրել համակարգի չափիչ համաչափության հանկարծակի խախտման տեսանկյունից։

=== Երկկոմպոնենտություն ===
Գերհոսուն հեղուկները, ինչպիսին է հելիում 4-ը լամբդայի կետից ցածր, ունեն մեծ թվով անսովոր հատկություններ։ Գերհոսունությունը գործում է այնպես, կարծես հեղուկը գերհոսուն բաղադրիչի և սովորական հեղուկի խառնուրդ է։ Գերհոսուն բաղադրիչն ունի զրոյական մածուցիկություն և [[էնտրոպիա]]։ Համակարգ ջերմության ներմուծումը հանգեցնում է նորմալ բաղադրիչի հոսքին, որն ապահովում է է ջերմության փոխանցումը բավականին մեծ արագությամբ (մինչև 20 սմ/վրկ), ինչը հանգեցնում է շատ բարձր ջերմահաղորդականության։

=== Քվանտային պտույտներ ===
Հիմնական հատկություններից մեկն էլ դրսևվորվում է, եթե գերհոսուն հեղուկը տեղադրվի ցենտրիֆուգում (պտտվող տարա)։ Ցենտրիֆուգի հետ պտտվելու փոխարեն հելիումում առաջանում են քվանտային պտույտներ։ Այսինքն, երբ սարքը պտտվում է առաջին անկյունային արագությունից ցածր արագությամբ, հեղուկը ամբողջությամբ մնում է անշարժ։ Այն բանից հետո, երբ արագությունը հասնում է  առաջին անկյունայինին, գերհոսուն հեղուկն առաջացնում է պտույտներ։ Պտույտների ուժը քվանտային է, այսինքն՝ գերհոսուն հեղուկը կարող է պտտվել միայն անկյունային արագության որոշակի  «թույլատրելի» արժեքների դեպքում։ Նորմալ հեղուկի պտտումը, ինչպիսին է ջուրը, չի քվանտացվում։  Եթե պտտման արագությունն էլ ավելի մեծանա, կձևավորվեն նոր քվանտային պտույտներ՝ առաջացնելով հետաքրքիր նախշեր, որոնք նման են Աբրիկոսովի ցանցին գերհաղորդիչներում։

== Գերհոսուն հիդրոդինամիկա ==
Գերհոսուն բաղադրիչի շարժման հավասարումը, մի քանի անգամ պարզեցված ձևով<ref>S.J. Putterman, Superfluid Hydrodynamics (North-Holland Publishing Company, Amsterdam, 1974) ISBN 0444106812</ref>, ենթարկվում է Նյուտոնի օրենքին.
: <math>\vec F = M_4\frac{\mathrm{d}\vec v_s}{\mathrm{d}t}</math>

''M''<sub>4</sub> <sup>4</sup>He-ի [[մոլային զանգված]]ն է, և <math>\vec v_s</math>՝ գերհոսուն բաղադրիչի արագությունը։ Ժամանայկի ածանցյալը՝ այդպես կոչված հիդրոդինամիկ ածանցյալը, այսինքն՝ գրանցված է հեղուկի տարրի համար, որը ինքնուրույն շարժվում է։ Գերհոսուն  <sup>4</sup>He-ի դեպքում գրավիտացիոն դաշտում ուժը դրսևորվում է ինչպես<ref>L.D. Landau, J. Phys. USSR, Vol.5 (1941) p.71.</ref><ref>I.M. Khalatnikov, An introduction to the theory of superfluidity (W.A. Benjamin, Inc., New York, 1965) ISBN 0738203009.</ref>.
: <math>\vec F =- \vec \nabla (\mu + M_4gz)</math>

Այս հավասարումում μ-ը [[Քիմիական պոտենցիալ|քիմիական մոլային պոտենցիալ]]ն է, ''g''-ը՝ գրավիտացիոն արագացումը, իսկ ''z''-ը՝ կոորդինատի ուղղահայացը։ Այսպիսով.
: <math>M_4\frac{\mathrm{d}\vec v_s}{\mathrm{d}t}=- \vec \nabla (\mu + M_4gz)</math> '''(1)'''

'''(1) հավասարումը''' իրականացվում է միայն այն դեպքում, երբ ''v''<sub>s</sub>-ը չի գերազանցում կրիտիկական արժեքը, որը, որպես կանոն, որոշվում է հոսքի ալիքի տրամագծով<ref>{{статья|doi=10.1016/0031-9163(66)90958-9|заглавие=The dependence of the critical velocity of the superfluid on channel diameter and film thickness|издание=Physics Letters|том=20|номер=5|страницы=474|bibcode=1966PhL....20..474V|язык=en|тип=journal|автор=Van Alphen, W.M.; Van Haasteren, G.J.; De Bruyn Ouboter, R.; Taconis, K.W.|год=1966}}</ref><ref>{{статья|doi=10.1016/S0079-6417(08)60052-9|заглавие=Thermodynamics and hydrodynamics of <sup>3</sup>He-<sup>4</sup>He mixtures|том=13|isbn=9780444891099|страницы=167|язык=en|тип=journal|автор=De Waele, A.Th.A.M.; Kuerten, J.G.M.|год=1992}}</ref>։

[[Դասական մեխանիկա]]յում ուժը հաճախ հանդիսանում է պոտենցիալ էնորգիայի կրող։ Հավասարում (1)-ը ցույց է տալիս, որ գերհոսուն բաղադրիչի առկայության դեպքում ուժը կրում է արժեք, որն ուղիղ համեմատական է քիմիական պոտենցիալի գրադիենտին։ Դրա շնորհիվ He-II-ը դրսևորում է այնպիսի հրաշալի հատկություն, ինչպիսին է շատրվանային էֆեկտը։
[[Պատկեր:Integration path in pT diagram 01.jpg|մինի|Նկար 6. μ-ի ինտեգրման հաշվարկման ուղին  ''p'' և ''T'' կամայականներով]]
[[Պատկեր:Demo fountain pressure 01.png|մինի|Նկար 7. Շատրվանային ճնշման դրսևորում. եկու անոթները կապված են գերհոսքով, որի միջով հոսում է միայն գերհոսուն բաղադրիչը]]
[[Պատկեր:Helium_fountain_01.png||մինի|Նկար 8. Շատրվանային էֆեկտի ցուցադրում. մազանոթային խողովակը մի ծայրում «փակվում է» գերհոսուն արտահոսքով և տեղավորվում գերհոսուն հելիումով բաղնիքի մեջ, այնուհետև տաքացվում է։ Հելիումը հոսում է խողովակի միջով և դուրս է ցայտում ինչպես շատրվան։]]

=== Շատրվանային ճնշում ===
(1) հավասարումն ավելի պարզ տեսքով վերաշարադրելու համար օգտագործվում է ընդհանուր բանաձև․
: |<math>\mathrm{d} \mu = V_m\mathrm{d}p - S_m\mathrm{d}T</math> '''(2)'''

Այստեղ ''S''<sub>m</sub>-ը մոլյար էնտրոպիան է, իսկ ''V'' <sub>m</sub>-ը՝ մոլյար ծավալը։ 2-րդ հավասարման միջոցով μ(''p'',''T'')-ը կարելի է որոշել  р-Т  հարթության ստուգողական ինտեգրման միջոցով։ Նախ ինտեգրում ենք կոորդինատների սկզբնակետից (0,0) մինչև  (''p'', 0), այսինքն՝ ''T'' = 0 դեպքում։ Այնուհետև ինտեգրում ենք  (''р'', 0)-ից մինչև  (''p'',''T''), այսինքն՝ մշտական ճնշմամբ (տես նկար 6)։ Առաջին ինտեգրալում d''T'' = 0, իսկ երկրորդում՝ d''p'' = 0։ (2) հավասարման միջոցով ստանում ենք․
: |<math>\mu (p,T)=\mu (0,0)+\int_{0}^{p} V_{m}(p^\prime,0)\mathrm{d}p^\prime-\int_{0}^T S_{m}(p,T^\prime)\mathrm{d}T^\prime</math> '''(3)'''

Մենք հետաքրքրված ենք միայն այն դեպքերով, երբ  ''р''-ն փոքր է, այնպես որ ''V'' <sub>m</sub>-ը գրեթե չի փոխվում։ Հետևապես․
: |<math>\int_{0}^{p} V_{m}(p^\prime,0)\mathrm{d}p^\prime = V_{m0}p</math> '''(4)'''

Որտեղ ''V'' <sub>m0</sub> հեղուկի մոլյար ծավալն է ''T'' = 0 և ''p'' = 0 պայմաններում։ (3) հավասարման մյուս անդամը նույնպես գրվում է որպես ''V''<sub>m0</sub>-ի ածանցյալ և ''p''<sub>f</sub> մեծությունը, որը ունի ճնշման չափ․
: |<math>\int_{0}^{p} V_{m}(p^\prime,0)\mathrm{d}p^\prime = V_{m0}p</math> '''(5)'''

''p''<sub>f</sub> ճնշումը կոչվում է շատրվանային ճնշում։ Այն կարելի է հաշվարկել հելիում 4-ի էնտրոպիայի միջոցով, որն իր հերթին կարելի է հաշվարկել ջերմունակության միջոցով։ ''T'' = ''T''<sub>λ</sub>-ի համար շատրվանային ճնշումը հավասար է 0,692 [[Բար (չափման միավոր)|բար]]։ Հեղուկ հելիումի 125 կգ/մ<sup>3</sup> խտության և ''g'' = 9.8 մ/սմ<sup>2</sup> դեպքում այդ ճնշումը համապատասխանում է 56 մ բարձրությամբ հեղուկ հելիումի սյան ճնշմանը։ Հետևաբար բազմաթիվ փորձերի մեջ շատրվանային ճնշումը ավելի մեծ ազդեցություն է ունենում գերհոսուն հելիումի շարժման վրա, քան ձգողության ուժը։

(4) և (5) հավասարումների օգնությամբ  (3)ն հավասարումը ունենում է հետևյալ տեսքը․
: |<math>\mu(p,T) = \mu_0 + V_{m0}(p-p_{f})</math> '''(6)'''

(6) հավասարման ներդրումը (1)-ի մեջ տալիս է․
: |<math>\rho_0 \frac{\mathrm{d} \vec v_s}{\mathrm{d}t} = - \vec\nabla (p + \rho_0gz-p_{f})</math> '''(7)'''

Հեղուկ <sup>4</sup>He-ի խտությամբ 0-ական ճնշման և ջերմաստիճանի պայմաններում ρ₀ = ''M'' <sub>4</sub>/''V''<sub>m0</sub>։

Հավասարում (7)-ը ցույց է տալիս, որ բաղադրիչի գերհոսունությունն արագանում է, որպես կանոն գրավիտացիոն ձևով պայմանավորված ճնշման գրադիենտով, ինչպես նաև շատրվանային ճնշման գրադիենտով։

Դեռևս (5) հավասարումն ունի զուտ մաթեմատիկական նշանակություն, սակայն հատուկ փորձարարական պայմաններում ''p''<sub>f</sub> կարող է դրսևորվել որպես իրական ճնշում։ Նկար 7-ում ցույց են տրվում 2 անոթներ, որոնցում He-II է։ Ձախ անոթը պետք է գտնվի ըստ Կելվինի 0 աստիճանում (''T''<sub>l</sub> = 0) և 0-ական ճնշման պայմաններում (''p'' <sub>l</sub> = 0)։ Անոթները միացված են այսպես կոչված գերհոսունության արտահոսքի միջոցով։ Դա խողովակ է, որը լցված է շատ մանր փոշով, որի պատճառով նոր բաղադրիչի հոսքը գրեթե արգելափակված է։ Այնուամենայնիվ գերհոսուն բաղադրիչը կարող է հոսել դրա միջով առանց որևէ խոչընդոտի ( կրիտիկական արագությունից ցածր՝ մոտավորապես 20 սմ/վ)։ Ստանդարտ պայմաններում ''v'' <sub>s</sub> = 0, այդ պատճառով (7) հավասարումից հետևում է՝
: |<math>p_{l}+\rho_0gz_{l}-p_{fl}=p_{r}+ \rho_0gz_{r}-p_{fr}</math> '''(8)'''

որտեղ l (r) ինդեքսը  վերաբերում է ձախ (աջ) կողմի գերհոսունությանը։ Հետևյալ կոնկրետ դեպքում ''p''<sub>l</sub> = 0, ''z''<sub>l</sub> = ''z''<sub>r</sub>, և ''p'' <sub>fl</sub> = 0 (քանի որ ''T'' <sub>l</sub> = 0)։ Հետևաբար․
: <math>0=p_{r}-p_{fr}</math>

Դա նշանակում է, որ աջ անոթի ճնշումը հավասար է շատրվանային ճնշմանը ''T''<sub>r</sub> դեպքում։

Շատրվանը կարելի է ստեղծել փորձի շնորհիվ, որը ներկայացված է նկար 8-ում։ Շատրվանային էֆեկտը օգտագործվում է <sup>3</sup>He շրջանառության նպատակով լուծարման սառնարաններում<ref>{{статья|doi=10.1016/0375-9601(75)90087-0|заглавие=A dilution refrigerator with superfluid injection|издание=Physics Letters A|том=53|номер=4|страницы=327|bibcode=1975PhLA...53..327S|язык=en|автор=Staas, F.A.; Severijns, A.P.; Van Der Waerden, H.C.M.|год=1975|тип=journal}}</ref><ref>{{статья|заглавие=<sup>3</sup>He flow in dilute <sup>3</sup>He-<sup>4</sup>He mixtures at temperatures between 10 and 150 mK|doi=10.1103/PhysRevB.32.2870|издание=Physical Review B|том=32|номер=5|страницы=2870|bibcode=1985PhRvB..32.2870C|язык=en|тип=journal|автор=Castelijns, C.; Kuerten, J.; De Waele, A.; Gijsman, H.|год=1985}}</ref>։
[[Պատկեր:Counterflow_heat_exchange_01.png|մինի|Նկար 9. Ջերմության փոխադրումներ He-II-ի նորմալ և գերհոսուն բաղադրիչների հակահոսանքի օգնությամբ]]

=== Ջերմության փոխանցումը ===
Նկ․ 9-ում ցույց է տրվում ''T''<sub>H</sub>  և ''T'' ջերմաստիճաններով երկու անոթների միջև ջերմության փոխանակուման փորձը, որոնք միացված ե He-II-ով լցված   խողովակով։ Երբ ջերմությունը մատակարարվում է տաք վերջնամաս, այստեղ առաջանում է ճնշում  '''(7)'''   հավասարման համաձայն։ Այս ճնշումը ստիպում է  նորմալ բաղադրիչին տեղաշարժվել տաք ծայրից դեպի սառը հետևյալ հավասարման համաձայն․
: |<math>\Delta p = -\eta_nZ\dot V_n</math> '''(9)'''

Այստեղ  η<sub>n</sub>-ը նորմալ բաղադրիչի մածուցիկությունն է<ref>J.C.H. Zeegers ''Critical velocities and mutual friction in <sup>3</sup>He-<sup>4</sup>He mixtures at low temperatures below 100 mK', thesis, Appendix A, Eindhoven University of Technology, 1991.''</ref>, ''Z''-ը՝ որոշակի երկրաչափական բազմապատկիչ,  իսկ  <math>\dot V_n</math>-ը՝ ծավալային հոսքը։ Նորմալ հոսքը հավասարակշռվում է գերհոսուն բաղադրիչի հոսքով սառը ծայրից դեպի տաք ծայրը։ Վերջնամասերում տեղի է ունենում վերափոխում, նորմալ բազադրիչը վերածվում է գերհոսունի և հակառակը։ Այսպիսով, ջերմությունը փոխանցվում է ոչ թե ջերմահաղորդականության, այլ կոնվեկցիայի միջոցով։ Ջերմահաղորդականության այս ձևը շատ արդյունավետ է, քանի որ  He-II-ի ջերմահաղորդականությունը շատ ավելի մեծ է, քան լավագույն նյութերինը։ Իրավիճակը համեմատելի է ջերմահաղորդիչների հետ, որտեղ ջերմահաղորդականությունը տեղի է ունենում գազ-հեղուկ փոխարկման միջոցով։ He-II-ի բարձր ջերմահաղորդականությունն օգտագործվում է գերհաղորդիչ մագնիսների կայունացման համար, օրինակ՝ [[ՑԵՌՆ]]-ում [[Մեծ հադրոնային բախիչ]]ում։

== Տեսություն ==
=== Լանդաուի երկհեղուկ մոտեցում ===
[[Լև Լանդաու]]ն հելիում 4-ի ֆենոմենոլոգիական և կիսամանրադիտակային գերհոսունության տեսության համար [[1962 թվական]]ին արժանացել է [[Նոբելայն մրցանակ ֆիզիկայի բնագավառում|ֆիզիկայի]] ասպարեզում [[Նոբելյան մրցանակ]]ի։ Ենթադրելով, որ ձայնային ալիքները ցածր ջերմաստիճանում հելիում-4-ի համար հանդիսանում են առավել կարևոր գրգռիչներ, նա ցույց է տվել, որ հելիում-4-ը, որը հոսում է պատի կողքով, հանկարծակի գրգռականություն չի առաջացնի, եթե հոսքի արագությունը ցածր է [[ձայնի արագություն]]ից։ Այս մոդելում ձայնի արագությունը հանդիսանում է «կրիտիկական արագություն», որից բարձրում գերհոսունությունը քայքայվում է  (հելիում 4-ը իրականում ունի հոսքի ավելի ցածր արագություն, քան լույսի արագությունն է)։ Լանդաուն նաև ցույց է տվել, որ ձայնային ալիքները և այլ խանգարումներ կարող են միմյանց հավասարակշռել և շարժվել անկախ հելիում 4-ի մնացած մասից, որը հայտնի է որպես «կոնդեսատ»։

Ելնելով գրգռման հոսքի իմպուլսից և արագությունից՝ Լանդաուն որոշել է «նորմալ» հեղուկի խտությունը, որը հավասար է 0-ի 0-ական ջերմաստիճանում և աճում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։ Այսպես կոչված լամբդայի ջերմաստիճանում, որտեղ նորմալ բաղադրիչի խտությունը հավասար է ընդհանուր խտությանը, հելիում 4-ը կորցնում է իր գերհոսունությունը։

Գերհոսուն հելիում 4-ի ջերմունակության առանձնահատկությունները բացատրելու նպատակով Լանդաուն ենթադրել է որոշակի գրգռման գոյության մասին, որը նա անվանել է «[[Ռոտոն]]», բայց ճշգրիտ տվյալներն ստանալուց հետո նա որոշել է, որ ռոտոնը չի տարբերվում ձայնի բարձր ինպուլսային տարբերակից։

Լանդաուի տեսությունը մանրամասնորեն մշակել է հեղուկ հելիումի բաղադրիչների կառուցվածքը։ Գերհոսունության բաղադրիչների մանրադիտակային տեսության ստեղծման առաջին փորձը կատարել են Ֆրից Լոնդոնը<ref>{{статья |издание=Nature |том=141 |страницы=643—644 |doi=10.1038/141643a0 |заглавие=The λ-Phenomenon of Liquid Helium and the Bose-Einstein Degeneracy |номер=3571 |bibcode=1938Natur.141..643L |язык=en |автор=F. London |год=1938 }}</ref> և Տիշան<ref>{{статья |издание=Nature |том=141 |doi=10.1038/141913a0 |заглавие=Transport Phenomena in Helium II |номер=3577 |страницы=913 |bibcode=1938Natur.141..913T |язык=en |автор=L. Tisza |год=1938 }}</ref><ref>{{статья |издание=Phys. Rev. |том=72 |страницы=838—854 |doi=10.1103/PhysRev.72.838 |заглавие=The Theory of Liquid Helium |номер=9 |bibcode=1947PhRv...72..838T |язык=en |автор=L. Tisza |год=1947 |тип=journal}}</ref>։ Հետագայում տարբեր գիտնականներ առաջարկել են մանրադիտակային այլ մոդելներ։ Նրանց գլխավոր նպատակն է գերհոսուն վիճակում հելիումի ատոմների միջև մասնակի փոխազդեցությունն արտահայտել քվանտային մեխանիկայի սկզբունքներից ելնելով։ Մինչ օրս առաջարկվել են այդպիսի մի քանի մոդելներ՝ պտույտային օղակների մոդելները, պինդ ոլորտների մոդելները, գաուսսյան կլաստերային տեսությունները և այլն։

=== Պտույտի օղակի մոդելը ===
Լանդաուն ենթադրում էր, որ պտտողականությունը հելիում-4-ում առաջանում է պտտվող թերթիկների ձևով, բայց ապացուցվելլ է, որ նման թերթիկներն անկայուն են։ Օնզագերը և նրանից անկախ Ռիչարդ Ֆեյմանը ցույց են տվել, որ պտույտները հայտնվում են քվանտային պտտվող գծերի տեսքով։ Նրանք նաև զարգացրել են քվանտային պտտվող օղակների գաղափարը։ 1940-ական թվականներին Արիե Բայլը<ref>{{статья |заглавие=Properties of liquid helium II |издание=Physica |том=8 |номер=7 |страницы=655—675 |doi=10.1016/S0031-8914(41)90422-6 |bibcode=1941Phy.....8..655B |язык=und |автор=Bijl, A; de Boer, J; Michels, A. |год=1941}}</ref>, իսկ 1955 թվականին՝ Ֆեյմանը<ref>{{книга |заглавие=Selected papers of Richard Feynman with commentary |издательство=[[World Scientific]] |серия=World Scientific Series in 20th century Physics |том=27 |isbn=978-9810241315 |язык=en |ответственный=Braun, L. M. |год=2000 }} [https://www.google.com/books?id=qnwkqcVixucC&printsec=frontcover&dq=feynman&lr= Розділ IV (стор. 313 до 414)] описывает жидкий гелий</ref> ռոտոնների համար մշակել են մանրադիտակային տեսություններ, ինչը դիտարկվել է Պավլևսկու նեյտրոնների էլաստիկ ցրման փորձում։ Հետագայում Ֆեյմանը խոստովանել է, որ իր մոդելը փորձի հետ տալիս է միայն որակական համապատասխանություն<ref>{{статья|издание=Phys. Rev.|том=94|страницы=262|doi=10.1103/PhysRev.94.262|заглавие=Atomic Theory of the Two-Fluid Model of Liquid Helium|номер=2|bibcode=1954PhRv...94..262F|язык=en|тип=journal|автор=R. P. Feynman|год=1954}}</ref><ref>{{статья|издание=Phys. Rev.|том=102|страницы=1189—1204|doi=10.1103/PhysRev.102.1189|заглавие=Energy Spectrum of the Excitations in Liquid Helium|номер=5|bibcode=1956PhRv..102.1189F|язык=en|тип=journal|автор=R. P. Feynman; M. Cohen|год=1956}}</ref>։

=== Կոշտ ոլորտի մոդելներ ===
Կոշտ ոլորտի մոդելները օգտագործում են պարզեցված ձևով գերհոսուն հելիում-4-ի ատոմների փոխազդեցության դեպքում։ Մասնավորապես ներուժը ենթադրվում է կոշտ ոլորտների տեսքով<ref>{{статья|издание=Phys. Rev.|том=106|страницы=1135—1145|doi=10.1103/PhysRev.106.1135|заглавие=Eigenvalues and Eigenfunctions of a Bose System of Hard Spheres and Its Low-Temperature Properties|номер=6|bibcode=1957PhRv..106.1135L|язык=en|тип=journal|автор=T. D. Lee; K. Huang; C. N. Yang|год=1957}}</ref><ref>{{статья|издание=Phys. Rev.|том=135|страницы=A1166—A1172|doi=10.1103/PhysRev.135.A1166|заглавие=Hard-Sphere Approach to the Excitation Spectrum in Liquid Helium II|номер=5A|bibcode=1964PhRv..135.1166L|язык=en|тип=journal|автор=L. Liu; L. S. Liu; K. W. Wong|год=1964}}</ref><ref>{{статья|издание=Cent. Eur. J. Phys.|том=9|страницы=857—864|doi=10.2478/s11534-010-0124-7|заглавие=Short-wave excitations in non-local Gross-Pitaevskii model|номер=3|bibcode=2010CEJPh.tmp..120I|язык=en|тип=journal|автор=A. P. Ivashin; Y. M. Poluektov|год=2011}}</ref>։ Այս մոդելներում որակապես ձևավորվում է Լանդաուի գրգռման սպեկտորը։

=== Գաուսյան կլաստերային մոտեցում ===
Այս երկմասշտաբային մոտեցումը նկարագրում է հելիում-4-ի գերհոսուն բաղադրիչը։ Այն կազմված է երկու ներմուծված մոդելներից, որոնք փոխկապակցված են պարամետրային տարածությամբ։ Կարճալիք մասը բնութագրում  է հոսքի փաթեթի ներքին կառուցվածքը՝ օգտագործելով ոչ յուրահատուկ մոտեցում՝ Շրեդինգի լոգարիթմական հավասարման միջոցով․
: <math> i \frac{\partial \psi}{\partial t} + \Delta \psi + \psi \ln |\psi|^2 = 0</math>

[[կոմպլեքս թիվ|Կոմպլեքս]] ֆունկցիայի համար <math>\psi=\psi (\mathrm{\mathbf{x}},t)</math>, որտեղ  <math>\Delta\,</math> [[Լապլասի օպերատոր|լապլասիան]] է մինչև <math>\mathrm{\mathbf{x}}</math>  վեկտոր, այն ենթադրում է գաուսականի նման վարքագիծ, տարրի խտության և միջմասնիկային պոտենցիալի ներքին  փոխազդեցություն։ Երկարալիք մասը այդպիսի տարրերի մարմինների քվանտային տեսությունն է, որը զբաղվում է դրանց դինամիկայով և փոխազդեցություններով։ Այսպիսի մոտեցումը  ֆոնոնային, մաքսոնային և ռոտոնային գրգռականությունների միասնական նկարագրման հնարավորություն է տալիս, և նշանակալից համաձայնեցվածություն ունի իր փորձի հետ։ Օգտագործելով միայն մեկ կարևոր չափանիշ՝ կարելի մեծ ճշգրտությամբ արտածել Լանդաուի ռատոնային սպեկտրը, լույսի արագությունը և գերհոսուն հոլիումի-4-ի կառուցվածքային գործոնը<ref>{{статья|издание=Eur. Phys. J. B|том=85|страницы=273|doi=10.1140/epjb/e2012-30344-3|заглавие=Volume element structure and roton-maxon-phonon excitations in superfluid helium beyond the Gross-Pitaevskii approximation|номер=8|bibcode=2012EPJB...85..273Z|arxiv=1204.4652|язык=en|тип=journal|автор=K. G. Zloshchastiev|год=2012}}</ref>։ Այս մոդելը օգտագործում է Բոզեի քվանտային հեղուկների ընդհանուր տեսությունը, որը հիմնված է դիսսիպատիվ տիպի էներգիայի ներմուծման վրա, ինչը  կապված է Էվերետ-Գրիշմանի քվանտային ֆունկցիայի հետ<ref>Hugh Everett, III. The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics: the theory of the universal wave function. [https://www.pbs.org/wgbh/nova/manyworlds/pdf/dissertation.pdf Everett's Dissertation]</ref><ref name="Hirschman">I.I. Hirschman, Jr., ''A note on entropy.'' American Journal of Mathematics (1957) pp. 152—156</ref>։

== Գործնական կիրառություններ ==
Վերջին ժամանակներում գերհոսուն հելիում-4-ը հաջողությամբ օգտագործվում է քիմիական [[Սպեկտրասկոպիա|սպեկտրոսկոպիկ]] մեթոդներում՝ որպես [[քվանտային լուծիչ]]։ Գերհոսուն հելիումում կաթիլային սպեկտրոսկոպիան մեծ հետաքրքրություն է ներկայացնում գազի մոլեկուլների հետազոտման համար, քանի որ գերհոսուն միջավայրը մոլեկուլներին  ազատ պտտման հնարավորություն է տալիս, ինչի պատճառով մոլեկուլը իրեն դրսևորում է ինչպես  «գազային» ֆազում։ Գերհոսուն հելիումի կաթիլներն ունեն բնորոշ մոտավորապես  0,4 Կ ջերմաստիճան, ինչը սառեցնում է հոսուն մոլեկուլը (կամ մոլեկուլները) մինչև ռովիբրիոն վիճակի (պտտվողների միջև միաժամանակյա փոխազդեցություն, տատանողական և էլեկտրոնային աստիճանների ազատություն մոլեկուլում)։

Գերհոսուն հոլիում-4-ում հելիում-3-ի [[Լուծույթներ|լուծումը]] հանգեցնում է խառնուրդի սառեցմանը, ինչը հնարավորություն է տալիս հասնել ավելի ցածր ջերմաստիճանների։ Այս գործընթացն օգտագործվում է նոսրացված սառնարաններում։ Երբ լուծույթում հելիում-3-ի կոնցենտրացիան հասնում է հագեցվածության մակարդակի  (մոտավորապես 7 %, կախված է ջերմաստիճանից), իսկ ջերմաստիճանը իջնում է մինչև 870 միլիկելվին (մԿ), լուծույթը ինքնաբերաբար բաժանվում է երկու ֆազի՝ գերհոսուն լուծույթ հելիում-3-ը հելիում-4-ում (պարունակում է մոտավորապես 6,6 % հելիում-3) և հելիում-4-ի լուծույթը հելիում-3-ում  (գրեթե ամբողջությամբ կազմված է հելիում-3-ից)։ Հելիում-3-ով հարուստ ֆազը կարելի է առանձնացնել հելիում-3-ը գոլորշիացնելով (500—700 մԿ ջերմաստիճանում, դրա գոլորշու մասնակի ճնշումը ավելի մեծ է, քան հելիում-4-ինը), սառեցնել և նորից լցնել լուծման խցիկներ։ Այսպիսով լուծման խցիկում ջերմաստիճանը կրկին նվազում է<ref name="s10909_011_0373">{{статья |doi=10.1007/s10909-011-0373-x |заглавие=Basic Operation of Cryocoolers and Related Thermal Machines |издание=Journal of Low Temperature Physics |том=164 |номер=5—6 |страницы=179 |язык=en |тип=journal |автор=Waele, A. T. A. M. |год=2011}}</ref>։ Տեսականորեն այս գործընթացը կարելի է անվերջ շարունակել՝ ստանալով ավելի ու ավելի ցածր ջերմաստիճաններ։ Սակայն սարքավորման չափը աճում է հակադարձ համեմատականորեն ''T<sup>4</sup>''  և  0,2մԿ-ից ցածր ջերմաստիճանում այն դառնում  է չափազանց մեծ և թանկ։

Գերհոսուն հելիումով սառեցումը մեծ կիրառություն է գտել տիեզերանավերում, մասնավորապես,  գերզգայուն գիրոսկոպերի սառեցման համար, որոնք հնարավորություն են տալիս չափել որոշ տեսականորեն կանխատեսված գրավիտացիոն էֆեկտներ։
* [[Gravity Probe B|Gravity Probe տիեզերանավում]]  [[կապար]]ային և նիոբիումային գիրոսկոպները ընկղմվել են հեղուկ հելիումով թերմուսի մեջ 2 Կ ջերմաստիճանում, ինչը նրանց թույլ է տվել պահպանել գերհաղորդիչ վիճակը<ref>[http://www.spaceflightnow.com/delta/d304/ Spacecraft launched to test Albert Einstein's theories — spaceflightnow.com]</ref>։

Ինչպես նաև էլեկտրամսգնիսական ճառագայթումը չափող բոլոմետրերի համար։
* [[IRAS]] ինֆրակարմիր աստղագիտական արբանյակը, որը գործարկվել է 1983 թվականի հունվարին, [[Ինֆրակարմիր ճառագայթներ|ինֆրակարմիր]] միջակայքում տվյալների հավաքման համարսառեցվել է 73կգ (720 լիտր) գերհոսուն հելիումի օգնությամբ՝ պահպանելով  1,6 Կ ջերմաստիճան (−271,55 °C)<ref name="gsu_edu_iras">{{cite web|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/iras.html#c3 |title=The Technology of IRAS |work=Georgia State University: Department of Physics and Astronomy |type = |author=Carl R. (Rod) Nave| place = Atlanta, Georgia}}</ref>։
* Սառեցման նման համակարգ օգտագործվել է  [[COBE|COBE արբանյակում]], որն ուսումնասիրում էր ռելեկտիվ ճառագայթումը (գործարկվել է 1989 թվականի նոյեմբերին)։ Նրանում առկա էր 650 լիտր գերհոսուն հելիում<ref name="boggess">{{статья|заглавие=The COBE Mission: Its Design and Performance Two Years after the launch|издание=The Astrophysical Journal|том=397|номер=2|страницы=420|doi=10.1086/171797|bibcode=1992ApJ...397..420B|язык=en|тип=journal|автор=Boggess, N.W., J.C. Mather, R. Weiss, C.L. Bennett, E.S. Cheng, E. Dwek, S. Gulkis, M.G. Hauser, M.A. Janssen, T. Kelsall, S.S. Meyer, S.H. Moseley, T.L. Murdock, R.A. Shafer, R.F. Silverberg, G.F. Smoot, D.T. Wilkinson, and E.L. Wright|год=1992|издательство=IOP Publishing}}</ref>։
* Պլանկ տիեզերական աստղադիտակում  (2009-2013), որն աշխատում էր ցուցիչների մինչև 0,1 Կ ջերմաստիճան սառեցման ուղղությամբ, կիրառվել է լուծման ռեֆրեժատոր<ref name="planck_cooling_system_45498">{{cite web| url=http://sci.esa.int/planck/45498-cooling-system/?fbodylongid=2124 |title=Planck Cooling System: Active Cooling System |date=2009 թ․ սեպտեմբերի 17 | website=European Space Agency}}</ref>։
* Ջեյմս Կլերկ Մաքսվելի աստղադիտակի վրայի նմանատիպ ռեֆրեժատորը  ունի բազային 50 մԿ ջերմաստիճան և պահպանում է բոլոմետրի մոտավորապես 75 մԿ ջերմաստիճան<ref name="scuba-2">{{cite web|url=http://www.eaobservatory.org/jcmt/instrumentation/continuum/scuba-2/|title=SCUBA-2|website=East Asian Observatory|type=James Clerk Maxwell Telescope}}</ref>։

Գերհոսուն հելիումի տեխնոլոգիան օգտագործվում է ցածր ջերմաստիճանային սահմանները ընդլայնելու համար։ Մինչև հիմա սահմանը կազմում է 1,19 Կ, բայց հնարավոր է հասնել 0,7 Կ-ի։

== Ծանոթագրություններ ==
{{ծանցանկ|2}}

== Գրականություն ==
{{refbegin|2}}
* London, F. Superfluids (Wiley, New York, 1950)
* {{книга|заглавие=Superfluidity and Superconductivity|издательство=IOP Publishing Ltd.|место=Bristol|год=1990|язык=und|автор=D.R. Tilley and J. Tilley}}
* Хаген Кляйнерт, ''Gauge Fields in Condensed Matter'', Vol. I, «SUPERFLOW AND VORTEX LINES», pp. 1–742, Paperback ISBN 9971-5-0210-0 (հասանելի է [http://www.physik.fu-berlin.de/~kleinert/kleiner_reb1/contents1.html առցանց])
* Antony M. Guénault: ''Basic superfluids.'' Taylor & Francis, London 2003, ISBN 0-7484-0891-6
* James F. Annett: ''Superconductivity, superfluids, and condensates.'' Oxford Univ. Press, Oxford 2005, ISBN 978-0-19-850756-7
* {{статья|заглавие=Superfluidity|doi=10.1103/RevModPhys.71.S318|издание=Reviews of Modern Physics|том=71|номер=2|страницы=S318—S323|bibcode=1999RvMPS..71..318L|язык=en|автор=Leggett, A.|год=1999|тип=journal}}
* Philippe Lebrun & Laurent Tavian: ''[http://cds.cern.ch/record/808569?ln=en The technology of superfluid helium]''
* {{книга|заглавие=Сверхпроводимость и сверхтекучесть|издание=2, перераб.|год=1978|страницы=192|ссылка=https://books.google.am/books/about/Сверхпроводимость_и_с.html|язык=und|автор=Кресин В.З.}}{{ref-ru}}
{{refend}}

== Արտաքին հղումներ ==
* [http://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.90.134503 Сверхтекучая плотность в непрерывных и дискретных пространствах: Избежание неправильных представлений]
* [http://www.alfredleitner.com/ Сверхтекучий Жидкий гелий II: демонстрации лямбда точки перехода/парадокс вязкости/Двухжидкостная модель/фонтанный эффект/ползучая плёнка/второй звук.]
* [https://www.youtube.com/watch?v=2Z6UJbwxBZI Видео со странным поведением сверхтекучего гелия]
* [http://ltl.tkk.fi/research/theory/helium.html Сверхтекучие фазы гелия]
* [http://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/1.1359707 Superfluid Helium Droplets: An Ultracold Nanolaboratory]
* http://web.mit.edu/newsoffice/2005/matter.html
* [http://www.hindu.com/seta/2003/10/09/stories/2003100900030200.htm Индийская статья о сверхтекучих состояния] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20031206032515/http://www.hindu.com/seta/2003/10/09/stories/2003100900030200.htm |date=2003-12-06 }}
{{Արտաքին հղումներ}}

[[Կատեգորիա:Հիդրոդինամիկա]]
[[Կատեգորիա:Հելիում]]