Superfluidity and Bose-Einstein Condensation - NFPL178

• Title: Supratekutost a Boseova-Einsteinova kondenzace
• Guaranteed by: Department of Low Temperature Physics (32-KFNT)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2019
• Semester: summer
• E-Credits: 5
• Hours per week, examination: summer s.:2/1, C+Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: prof. RNDr. Ladislav Skrbek, DrSc.
• Teacher(s): prof. RNDr. Ladislav Skrbek, DrSc.

Annotation

English

Phase diagrams and basic properties of 4 He and 3He. Superfluid He II- two fluid model, collective modes, fountain effect, superfluid film, energy spectrum, macroscopic wave function, quantization of circulation- quantized vortices, superfluid hydrodynamics and turbulence. Superfluid 3He - basic ideas of generalized BCS theory, order parameter for the A, B and A1 phases, textures, orienting forces, NMR, phase-slips and Josephson phenomena in 3He, rotating 3He-continuous and singular vortices. BEC - hydrogen, alcali atoms, experiments, principles of laser cooling, BEC and superfluidity.

Last update: KFNTLS/MFF.CUNI.CZ (29.04.2008)

Czech

Fázové diagramy, vlastnosti 4He a 3He. Supratekuté He II - dvoukapalinový model, kolektivní módy - zvuky, fontánový jev, supratekutý film, energetické spektrum, makroskopická vlnová funkce, kvantováni cirkulace, základy supratekuté hydrodynamiky, supratekutá turbulence. Supratekuté 3He -základní představy zobecněné teorie BCS, parametr uspořádání pro fáze A, B, A1, textury a orientující síly, JMR, rotující 3He- spojité a singulární víry. BEC -vodík, alkalické kovy, přehled provedených experimentů.

Last update: Chlan Vojtěch, doc. RNDr., Ph.D. (22.05.2019)

Aim of the course

English

The aim of the course is to explain basic principles of the Bose - Einstein condensation in 3d momentum space. The accent is on experiments that unequivocally confirm this phenomenon, and on physical properties of superfluid phases of 3He and 4He.

Last update: KFNTLS/MFF.CUNI.CZ (29.04.2008)

Czech

Cílem předmětu je seznámemní se základy jevu Boseovy-Einsteinovy kondenzace v 3d prostoru hybností a experimenty, které tento jev prokazují. Hlavní důraz je kladen na vlastnosti supratekutých izotopů 3He a 4He.

Last update: KFNTLS/MFF.CUNI.CZ (29.04.2008)

Course completion requirements

Zkouška probíhá ústní formou. Požadavky ke zkoušce odpovídejí sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.

Last update: Chlan Vojtěch, doc. RNDr., Ph.D. (12.06.2019)

Syllabus

English

Basic properties of 4 He and 3He, liquifaction of 4He, Fermi-Dirac and Bose - Einstein quantum statistics. Ideal Bose gas, Bose - Einstein condensation (BEC). Ideal Fermi gas, Fermi liquid, zero sound. Phase diagrams of 4He a 3He, zero oscillations. 3He-4He mixtures, dilution refrigerator.

Superfluid He II - Fountain effect, mechano-caloric effect. Andronikashvili experiment, two-fluid model and Landau equations of motion, energy spectrum, criterion of superfluidity. Superfluid film. Collective modes - first, second, third and fourth sounds. Macroscopic wave function, quantization of circulation - quantized vortices, mutual friction, Kelvin and Tkachenko waves, introduction into superfluid hydrodynamics, superfluid turbulence. Positive and negative ions, ionic mobility, two-dimensional pools of ions below the surface of superfluid helium, plasma oscillations, crystallization.

Superfluid 3He - basic ideas of generalized BCS theory, paramagnons, equal spin pairing, order parameter for the A, B, and A1 phases. Textures and orienting forces, solitons. Nuclear magnetic resonance. Phase-slips and Josephson phenomena in 3He. Rotating 3He- continuous and singular vortices. Superfluid hydrodynamics in 3He, Kelvin-Helmholtz instability, transition to superfluid turbulence. Relationship between superfluidity and cosmology, Kibble-Zurek mechanism.

BEC - hydrogen, alcali atoms, experiments, principles of laser cooling, BEC and superfluidity. Quantized vortices in BEC.

Last update: T_KFNT (02.05.2003)

Czech

Základní fyzikální vlastnosti 4He a 3He, zkapalnění 4He, Fermiho-Diracova a Boseova - Einsteinova kvantová statistika. Ideální Boseův plyn, Boseova - Einsteinova kondenzace (BEC). Ideální Fermiho plyn, Fermiho kapalina, nulový zvuk. Fázové diagramy 4He a 3He, nulové kmity. Směsi 3He-4He, rozpouštěcí refrigerátor.

Supratekuté He II - Fontánový jev, mechano-kalorický jev. Andronikašviliho pokus, dvoukapalinový model a Landauovy pohybové rovnice, energetické spektrum, kritérium supratekutosti. Supratekutý film. Kolektivní módy - první, druhý, třetí a čtvrtý zvuk. Makroskopická vlnová funkce, kvantováni cirkulace - kvantované víry, vnitřní tření, Kelvinovy a Tkačenkovy vlny, základy supratekuté hydrodynamiky, supratekutá turbulence. Kladné a záporné ionty, pohyblivost, dvojrozměrné systémy iontů pod povrchem, plasmatické oscilace, krystalizace.

Supratekuté 3He -Základní představy zobecněné teorie BCS, paramagnony, párování do stejných spinových stavů, parametr uspořádání pro fáze A, B, A1. Textury a orientující síly, solitony. Jaderná magnetická rezonance, phase-slips a Josephsonův jev v 3He. Rotující 3He- spojité a singulární víry. Supratekutá hydrodynamika v 3He, Kelvinova-Helmholtzova nestabilita, přechod k supratekuté turbulenci. Souvislosti fyziky supratekutosti a kosmologie, Kibbleův-Zurkův mechanismus.

BEC -vodík, alkalické kovy, přehled provedených experimentů, princip laserového chlazení, BEC a supratekutost. Kvantované víry v BEC.

Last update: T_KFNT (02.05.2003)