Superfluidità

Superfluidità Stato della materia caratterizzato dalla completa assenza di viscosità, o resistenza allo scorrimento. Il termine “superfluidità” è applicato principalmente ai fenomeni osservati nell’elio liquido a temperature criogeniche, ma viene talvolta usato riferendosi al flusso senza attrito degli elettroni in certi metalli e leghe mantenuti in opportune condizioni termiche.

Il fenomeno della superfluidità fu scoperto nel 1937 dal fisico russo Pëtr L. Kapitza e indipendentemente, nel 1938, dal fisico britannico John Frank Allen. I due scienziati osservarono che l’elio liquido (⁴He), raffreddato sotto i 2,17 K (-270,98 °C), scorre senza attrito attraverso fessure di dimensioni infinitesime, impenetrabili se la sua temperatura è maggiore. Osservarono anche che l’elio superfluido formava sulle pareti del contenitore un sottile strato (dello spessore di circa 100 atomi) che scorreva verso l’alto fino a superare l’orlo del recipiente stesso, sfidando la legge della gravità.

La temperatura di 2,17 K è detta “punto lambda” (λ) perché il grafico del calore specifico dell’elio liquido presenta, a quella temperatura, un “picco”, a forma della lettera greca “lambda”.

Accanto alla superfluidità si osservano altri fenomeni inconsueti: l’elio superfluido ha conduttività termica molto alta, circa 3 milioni di volte maggiore di quella del liquido in condizioni ordinarie e fluisce spontaneamente da una zona fredda a una più calda.

Si ritiene che quando la temperatura si avvicina allo zero assoluto alcuni atomi transiscano allo stato energetico fondamentale e pertanto non trasportino energia termica; l’assenza di attrito interno può allora essere spiegata dalla drastica riduzione delle forze interatomiche che ne consegue.

La transizione dell’elio 3 allo stato superfluido, a temperature dell’ordine di pochi millesimi di kelvin, è stata recentemente osservata dagli scienziati statunitensi David M. Lee, Douglas D. Osheroff e Robert C. Richardson, ai quali è stato assegnato il premio Nobel per la fisica del 1996. A differenza di tutti i superfluidi, l’elio 3 è caratterizzato da una struttura con proprietà magnetiche che hanno interessanti manifestazioni macroscopiche. Lo studio del comportamento di questa speciale sostanza impegna oggi numerosi gruppi di ricerca.