imported>Redonebird: Abschnittlink korrigiert

2025-08-20T09:47:08Z

Abschnittlink korrigiert

Neue Seite

Eine '''Quantenflüssigkeit''' (auch: ''Superflüssigkeiten'') ist eine [[Flüssigkeit]], in der [[Quantenmechanik|Quanteneffekte]] auftreten und die nicht mehr mit der [[Klassische Physik|klassischen]] [[Statistische Mechanik|statistischen Mechanik]] beschrieben werden kann.

Quantenflüssigkeiten können [[Suprafluidität]] aufweisen und lassen sich nach der zugrunde liegenden [[Quantenstatistik]] einteilen in:
* [[Fermi-Flüssigkeits-Theorie|Fermi-Flüssigkeiten]] (z. B. flüssiges [[Helium-3|<sup>3</sup>He]] oder [[Elektronengas| Leitungselektronen]] in [[Metalle]]n im Dreidimensionalen); an ihre Stelle tritt im Eindimensionalen die [[Luttingerflüssigkeit]], die ungewöhnliche Eigenschaften aufweist.
* [[Bose-Einstein-Kondensat|Bose-Flüssigkeiten]] (z. B. flüssiges <sup>4</sup>He).

Die Existenz des flüssigen Heliums bei beliebig niedrigen Temperaturen ist ein ''[[mikroskopisch und makroskopisch|makroskopisch]]er Quanteneffekt''.

1998 bekamen [[Robert Betts Laughlin|Robert B. Laughlin]] ([[Vereinigte Staaten von Amerika|USA]]), [[Horst Ludwig Störmer]] ([[Deutschland]]) und [[Daniel Chee Tsui]] ([[Vereinigte Staaten von Amerika|USA]]) den [[Nobelpreis für Physik]] „für ihre Entdeckung einer neuen Art von Quantenflüssigkeit mit ''fraktionell geladenen Anregungen''“ (es geht dabei im Wesentlichen um den [[Quanten-Hall-Effekt #Gebrochenzahliger Quanten-Hall-Effekt (Fraktionaler QHE)|gebrochenzahligen Quanten-Hall-Effekt]]).

== Unterschiede zur klassischen Physik ==
Im klassischen Bereich ist die [[kinetische Energie]] je Teilchen der [[Atommasse]] <math>m</math> von der Größenordnung der [[thermische Energie|thermischen Energie]] <math>k \cdot T:</math>

:<math>E_\mathrm{kin} = \frac{1}{2} \cdot \frac{p^2}{m} \approx k \cdot T</math>

mit
* [[Impuls]] <math>p = m \cdot v</math>
** [[Geschwindigkeit]] <math>v</math>
* [[Boltzmann-Konstante]] <math>k</math>
* [[absolute Temperatur]] <math>T</math>.

Daraus ergibt sich für den Impuls:

:<math>\Rightarrow p \simeq \sqrt{m \cdot k \cdot T}</math>

und für die [[Materiewelle#Die Einstein-de-Broglie-Beziehungen|Wellenlänge nach de Broglie]]:

:<math>\Rightarrow \lambda = h/p \simeq \frac{h}{\sqrt{m \cdot k \cdot T}}</math>

mit der [[Planck-Konstante]] <math>h</math>.

Deshalb sind Quanteneffekte für niedrige Temperaturen <math>T</math> zu erwarten, die umso stärker sind, je kleiner die Atommassen <math>m</math> sind.

In der Nähe von <math>T = 0</math> müssten nach der klassischen Mechanik alle Substanzen [[Kristallisation|kristallisieren]] bzw. [[erstarren]], da keine kinetische Energie mehr vorhanden ist und Atome wegen der Forderung nach minimaler [[Potentielle Energie|potentieller Energie]] stets in einer regulären [[Kristallstruktur|Gitterstruktur]] angeordnet sein sollten. Die [[Nullpunktsenergie]] ist bei Quantenflüssigkeiten jedoch so groß, dass kein Übergang des Systems in die feste [[Phase (Materie)|Phase]] erlaubt ist.

== Literatur ==
{{Siehe auch|Gross-Pitaevskii-Gleichung}}

=== Fachartikel ===

* {{Literatur |Autor=M. Bonitz, Zh. A. Moldabekov, T. S. Ramazanov |Titel=Quantum hydrodynamics for plasmas - Quo vadis? |Sammelwerk=Physics of Plasmas |Band=26 |Nummer=9 |Datum=2019-09-01 |Sprache=en |DOI=10.1063/1.5097885 |Seiten=090601}}

=== Fachbücher ===

* {{Literatur |Autor=Georg Wolschin |Titel=Hydrodynamik der Superflüssigkeiten |Sammelwerk=Hydrodynamik |Verlag=Springer Berlin Heidelberg |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=2021 |ISBN=978-3-662-64143-9 |DOI=10.1007/978-3-662-64144-6_11 |Seiten=159–169}}
* {{Literatur |Autor=[[Lev Pitaevskii]], S. Stringari |Titel=Bose-Einstein Condensation and Superfluidity |Auflage=1. |Verlag=Oxford University Press |Ort=Oxford, United Kingdom |Datum=2016 |Sprache=en |Reihe=[[International Series of Monographs on Physics]] |BandReihe=164 |ISBN=978-0-19-875888-4}}
* {{Literatur |Autor=Carlo Barenghi, Nick G. Parker |Titel=A Primer on Quantum Fluids |Verlag=Springer International Publishing |Ort=Cham |Datum=2016 |Sprache=en |Reihe=SpringerBriefs in Physics |ISBN=978-3-319-42474-3 |arXiv=abs/1605.09580 |DOI=10.1007/978-3-319-42476-7}}

* {{Literatur |Autor=Anthony James Leggett |Titel=Quantum Liquids |Verlag=Oxford University Press |Datum=2006 |Sprache=en |ISBN=978-0-19-852643-8 |DOI=10.1093/acprof:oso/9780198526438.001.0001}}
* {{Literatur |Autor=James F. Annett |Titel=Superconductivity, superfluids, and condensates |Verlag=Oxford University Press |Ort=Oxford ; New York |Datum=2004 |Sprache=en |Reihe=Oxford master series in condensed matter physics |ISBN=978-0-19-850755-0 |Online=https://archive.org/details/superconductivit0000anne}}

{{SORTIERUNG:Quantenflussigkeit}}
[[Kategorie:Quantenphysik]]

Quantenflüssigkeit - Versionsgeschichte

imported>Redonebird: Abschnittlink korrigiert