图2 　Pyotr Kapitsa

1921 年, Kapitsa 的太太与两个年幼的小孩因感冒大流行而病故,之后他搬至剑桥,在Cavendisl实验室和Ernest Rutherford 一起做研究。Kapit sa首先研究磁场,找出产生极强磁场的各种方法。几年后,他转而研究低温现象,1934 年研究出将大量氦液化的新方法,奠定了他日后继续研究此奇特液体的基础。

1934 年,Kapitsa 访问俄罗斯,结束后要返回剑桥,但不知何故,斯大林下令扣押他的护照,将他拘留。在确定他无法回到剑桥后,Rutherford 帮忙将他在剑桥实验室的大部分设备运送给他, 于是Kapitsa 就在莫斯科建立了新的研究设施———物理问题研究所。1937 年, Kapitsa 在莫斯科研究液态氦的热传导时,他测量其通过两个圆盘中间的狭缝后,流入旁边盆子的流动。

结果令人很震惊:在Λ 点之上,液态氦几乎没有流量,但在Λ点之下的温度,液态氦的流量便很顺畅,所以Kapitsa 画了一个它与超导体的相似图,1938 年1 月8 日在他发表于《自然》杂志中的论文这样写着:“低于Λ点的氦进入一个特殊的状态,可以称之为‘超流体’。”

同时,在多伦多大学的Allen 和Misener 也做了相类似的液态氦研究,但使用的方法有些不同———他们测量液态氦通过狭窄玻璃管的流量,也观察到了其极低的黏性。他们注意到液态氦的流量几乎与压力无关,因此“任何已知的公式都无法从我们的数据中计算出有意义的黏性系数。”他们的论文也发表于《自然》杂志,紧接在Kapitsa 的文章之后。

我们现在知道,氦II 可以解释为两种流体的混合,一部份是正常的流体,另一部份是原子已凝聚成单一量子型态的超流体。这个两种流体的模型可用以解释Kapitsa 和Allen 与Misener 的结果。

Kapitsa 继续着他多年的低温物理研究。在第二次世界大战期间,他为苏联的炼钢厂建造了一套设施,可以生产大量的液态氧。在20 世纪40 年代,他开始研究电浆物理和核融合,1946 年,他因拒绝参加苏联的原子弹研究,不得斯大林的欢心,而被物理问题研究所解聘,直到斯大林过世后,才又重被聘用。

1978 年,在Kapitsa 发现超流体后30 年,他因低温物理的研究而荣获诺贝尔物理奖,那时他早就改研究其他的物理问题了。和他同时获奖的是发现宇宙线的Arno Penzias 和Robert Wilson。

虽然Allen 和Misener 两人与Kapitsa 一样实际做了相同的发现,却没有获得诺贝尔物理奖,所以一般来说,只有Kapitsa 一人得到发现超流体的荣誉。

液态氦的研究,与对超流体奇特性质的理解,对低温物理学来说一直都很重要,直至今日,科学家还经常发现很多奇特的低温现象,所以它仍是个很有趣的领域。

(本文摘自2007 年2 月《物理双月刊》;萧如珀,自由业;杨信男,台湾大学物理系; E2mail : snyang @phys. ntu. edu. tw)

来源：《现代物理知识》第19卷第 1期返回搜狐，查看更多