11. Hydrodynamik der Superflüssigkeiten

Als Quantenflüssigkeiten bezeichnet man Fluide in der Nähe des absoluten Nullpunkts, wo Quanteneffekte ins Spiel kommen. Bis \(0\,{\mathrm{K}}\) bleibt nur Helium flüssig. Bei He-4 haben Kern und Atom den Spin Null, so dass hier die Bose-Einstein-Statistik gilt, während He-3 Spin 1/2 hat und dementsprechend unterhalb des Siedepunktes von 3,19 K eine Fermi-Flüssigkeit ist. In diesem Kapitel konzentrieren wir uns auf Bose-Flüssigkeiten und beschreiben die Hydrodynamik von Superfluiden auf der Grundlage einer Theorie, die Tisza und Landau unabhängig voneinander für He II (superflüssiges Helium unterhalb des sogenannten Lambda-Punktes bei 2,18 K) entwickelt hatten. Die Fermi-Flüssigkeit He-3 wird ebenfalls superfluid, jedoch erst bei Temperaturen unter 1/1000 K; die Hydrodynamik ist dort wesentlich komplizierter. Wir behandeln die hydrodynamischen Gleichungen für He II und beschreiben dabei die Eigenschaften der superfluiden Strömung durch eine normale und eine superfluide Komponente. Auf diese Weise lässt sich auch die Schallausbreitung im Superfluid und das experimentell bestätigte Phänomen des zweiten Schalls erfassen.