Измерение теплоемкости 4He в окрестности λ

Измерение теплоемкости 4He в
окрестности λ-точки в
условиях невесомости
Докладчик: Поваров К.Ю.
• Асимптотическое поведение в очень
близкой окрестности точки перехода
связано с флуктуациями параметра
порядка
• Гипотеза универсальности (одинаковые
асимптотики в пределах класса)
• Теория φ4 (ренормгруппы)
λ-переход в жидком гелии
относится к классу O(2)
M. Barmatz, J.A. Lipa, R.V. Duncan \\ Rev. Mod. Phys. 79, 1 (2007)
Фазовые переходы II рода
λ-переход в 4He: теория
Теплоемкость
— приведенная температура
J.A. Lipa et al \\ Phys. Rev. B 68, 174518 (2003)
Плотность сверхтекучей фазы
Гравитация против конечных
размеров
vs.
«Размывание» перехода
ξ~h
когда Т Tλ
Влияние конечных размеров
на поведение системы
вблизи Tλ
| t |≥10-7 – в эксперименте на Земле
Следовательно, надо уменьшать g
На Земле округление λ-точки
составляет 1.3 µK
на сантиметр высоты
На орбите возможно
уменьшить
спектральную
плотность ускорения
до 10-5g (на частотах
менее 1 Гц)
Высота образца в эксперименте составляла 3.5 см.
Это соответствует ΔTλ~10-10 K.
Какие еще факторы накладывают ограничения
на точность эксперимента?
J.A. Lipa et al \\ Phys. Rev. B 68, 174518 (2003)
Преимущества невесомости
Что ограничивает разрешение
эксперимента?
Мы интересуемся критическим индексом α
2) Влияние поверхностных
эффектов на теплоемкость
(сферический образец
диаметром 3.5 см):
3) Пренебрежение
поправочными членами
высоких порядков
(начиная с | t |3Δ):
4) Вклад теплоемкости выше
точки перехода:
Δα≤5×10-5
Δα=3.4×10-5
Δα~8×10-5
Δα~5×10-6
J.A. Lipa et al \\ Phys. Rev. B 68, 174518 (2003)
1) Остаточное ускорение:
Что ограничивает разрешение
эксперимента?
Таким образом, ряд внешних факторов ограничивает разрешение
эксперимента до Δα~10-4
Часть этих факторов поддается учету
В данном эксперименте мы имеем возможность получить
среднеквадратичное отклонение σα=0.0002
J.A. Lipa et al \\ Phys. Rev. B 68, 174518 (2003)
Факторы, которыми мы пренебрегаем заведомо:
зависимость параметров от давления,
градиент ускорения
Lambda Point Experiment (LPE)
J.A. Lipa et al \\ Phys. Rev. B 68, 174518 (2003)
Shuttle Columbia (mission STS-52)
22 октября – 1 ноября 1992 года
Высота орбиты ~ 300 км
Термометр сопротивления
Δt ~3·10-7
W~10-7 Вт
High Resolution
Thermometer (HRT)
rf SQUID
Слишком большое
тепловыделение!
Калибровка
Чувствительность ~ 2·106 Φ0/K
Шум
Тепловыделение
~ 10-4 Ф0/Гц1/2
~ 10-17 Вт
+
парамагнитная соль вблизи
фазового перехода
J.A. Lipa et al \\ Physica B+C v.107, i.1 331 (1981)
Термометрия с высоким разрешением
Термометрия с высоким разрешением
медный
тепловой якорь
ниобиевая трубка
H=0.02 T
сапфировый
держатель
медный провод
сверхпроводящая катушка
парамагнитная соль (CAB)
Cu(NH4)2Br4·2H2O,
Tc = 1.83 К
J.A. Lipa et al \\ Phys. Rev. B 68, 174518 (2003)
Термоконтроль
Точность ~1% по температуре вблизи перехода
4 стадии температурного контроля
T4-30 mK
T4 -10 mK
T4 -1 mK
GRT+ обратная связь
GRT+ обратная связь
GRT+ обратная связь
T4
HRT+ обратная связь
T5
τ~106 сек
J.A. Lipa et al \\ Phys. Rev. B 68, 174518 (2003)
Теплоподвод ~10-11 Вт на временах ~100 сек
Сверхчистая медь
RRR ~ 5700 (от 300 до 4.2 K)
Теплопроводность при 2.2 К
κ ~ 140 Вт/(см·К)
Cu
4He
точность 10-11 Вт
Cu+Be
J.A. Lipa et al \\ Phys. Rev. B 68, 174518 (2003)
Калориметр
Экспериментальные результаты
Относительное отклонение
собранных в эксперименте
данных от модели, учитывающей
гравитацию
J.A. Lipa et al \\ Phys. Rev. B 68, 174518 (2003)
Результаты земных измерений
и модельные подгонки в случае
наличия и отсутствия гравитации
Экспериментальные результаты
Температурная зависимость
теплоемкости вблизи перехода
J.A. Lipa et al \\ Phys. Rev. B 68, 174518 (2003)
Зависимость теплоемкости от
приведенной температуры выше
и ниже λ-точки
Итоги
  0.0127  0.0003


A / A  1.053  0.002
J.A. Lipa et al \\ Phys. Rev. B 68, 174518 (2003)
Спасибо за внимание!
Список литературы
1)
2)
3)
4)
5)
J.A. Lipa et al \\ Phys. Rev. B 68, 174518 (2003)
M. Barmatz, J.A. Lipa, R.V. Duncan \\ Rev. Mod. Phys. 79, 1 (2007)
T.C.P. Chui et al \\ Phys. Rev. Letters 69 21, 3005 (1992)
D. Petrak, U.E. Israelsson, T.S. Luchik \\ Adv. Cryog. Eng. 39A, 137 (1994)
J.A. Lipa et al \\ Physica B+C v.107, i.1 331 (1981)