О возможности двух фазовых переходов в жидком гелии

Abstract

Предложено объяснение природы максимумов диэлектрической проницаемости и плотности, которые наблюдаются в жидком гелии несколько выше температуры сверхтекучего перехода. Показано, что существование максимумов может быть обусловлено фазовым переходом, в результате которого гелий приобретает спонтанную поляризацию. Возможность такого перехода в жидкости связана с тем, что при поляризации атома его энергетические уровни понижаются и вследствие этого поляризация оказывается энергетически выгодной, особенно для легких атомов. Наряду с этим возникновение дипольного момента у атома приводит к появлению дополнительного электрического поля и, следовательно, к возрастанию энергии. В результате возможность спонтанной поляризации системы атомов определяется конкуренцией указанных факторов. Таким образом, согласно развиваемым представлениям, при понижении температуры в жидком гелии вначале происходит фазовый переход в поляризованную нормальную фазу, а за-тем уже из состояния с ненулевой поляризацией осуществляется сверхтекучий переход. Переход нормальной жидкости в поляризованную фазу описан в рамках феноменологической теории фазовых переходов. Показано, что переход может быть как первого, так и второго рода.

Запропоновано пояснення природи максимумів діелектричної проникності та щільності, які спостерігаються в рідкому гелії трохи вище температури надплинного переходу. Показано, що існування максимумів може бути обумовлено фазовим переходом, в результаті якого гелій набуває спонтанну поляризацію. Можливість такого переходу в рідини пов’язана з тим, що при поляризації атома його енергетичні рівні знижуються і внаслідок цього поляризація виявляється енергетично вигідною, особливо для легких атомів. Поряд з цим виникнення дипольного моменту у атома призводить до появи додаткового електричного поля і, отже, до зростання енергії. В результаті можливість спонтанної поляризації системи атомів визначається конкуренцією зазначених факторів. Таким чином, згідно розвинутим уявленням, при зниженні температури в рідкому гелії спочатку відбувається фазовий перехід у поляризовану нормальну фазу, а потім вже з стану з ненульовою поляризацією здійснюється надплинний перехід. Перехід нормальної рідини в поляризовану фазу описано в рамках феноменологічної теорії фазових переходів. Показано, що перехід може бути як першого, так і другого роду.

An explanation for the nature of dielectric permit-tivity and density maxima, observed in liquid helium above the temperature of superfluid transition, is pro-posed. It is shown, that their existence is probably due to a phase transition, which results in a spontaneous polarization. The possibility of this transition in the liquid is related to the fact that polarization lowers energy levels of an atom, thus the polarization appears energy-optimal, especially for light atoms. At the same time the appearance of an electric dipole moment gives in rise to an additional electric field and, there-fore, increases the energy. Consequently, the possibility of spontaneous polarization of atomic system is deter-mined by the competition of the given factors. Thus, acorrding to the notions developed, as the temperature decreased there occurs liquid helium in the transition to a polarized normal phase, and only then there oc-curs a superfluids transition from nonzero polarisation state. The transition of normal liquid to a polarized phase is described in terms of the phenomenological theory of phase transitions. It is shown, that the transi-tion can be either of the first or the second order.