Электрическая поляризация Не II, обусловленная вторым и первым звуками

Abstract

Показано, что в трехкомпонентном газе квазичастиц сверхтекучего гелия (Не II), который образован фононами, ротонами и квантованными вихревыми кольцами (КВК), равновесие устанавливается мгновенно в масштабах времен рассматриваемых экспериментов. В итоге образуется единая нормальная компонента, которая может двигаться относительно сверхтекучей компоненты со скоростью w. Показано, что при наличии w в Не II возникает электрическое поле, которое наблюдалось в экспериментах. Причины этого заключаются в анизотропной зависимости энергии КВК от его импульса при наличии w и существовании дипольного момента у КВК. Рассмотрен случай, когда дипольный момент КВК образован его собственным дипольным моментом и дипольным моментом, созданным внешним полем. Решена задача о возникновении электрического потенциала в стоячей волне второго звука во внешнем постоянном электрическом поле. Получены электрические потенциалы, возникающие в волне первого звука за счет флексоэлектрического эффекта, ускорения жидкости и внешнего постоянного электрического поля. По полученным формулам выполнены численные расчеты, которые позволяют сопоставить теорию с экспериментами, и могут стимулировать постановку новых экспериментов.

Показано, що у трикомпонентному газі квазічастинок надплинного гелію (Не II), який утворено фононами, ротонами та квантованими вихровими кільцями (КВК), рівновага встановлюється миттєво у масштабах часів розглянутих експериментів. У результаті утворюється єдина нормальна компонента, яка може рухатися щодо надплинної компоненти зі швидкістю w. Показано, що при наявності w в Не II виникає електричне поле, яке спостерігалося в експериментах. Причини цього полягають в анізотропній залежності енергії КВК від його імпульсу при наявності w та існування дипольного моменту у КВК. Розглянуто випадок, коли дипольний момент КВК утворено його власним дипольним моментом та дипольним моментом, створеним зовнішнім полем. Розв’язано задачу про виникнення електричного потенціалу в стоячій хвилі другого звуку в зовнішньому постійному електричному полі. Отримано електричні потенціали, що виникають в хвилі першого звуку за рахунок флексоелектричного ефекту, прискорення рідини та зовнішнього постійного електричного поля. За отриманими формулами виконано чисельні розрахунки, які дозволяють зіставити теорію з експериментами та можуть стимулювати постановку нових експериментів.

It is shown that in a three-component gas of superfluid helium (He II) quasiparticles made up of phonons, rotons, and quantized vortex rings (QVR), equilibrium is established instantaneously on experimental time scales. This results in the formation of a common normal component which can move relative to the superfluid component with a velocity w. When a velocity w is present, an electric field develops in the He II that has been observed experimentally. The reasons for this are an anisotropic dependence of the QVR energy on its momentum when w is present and the existence of a QVR dipole moment. The case where the dipole moment of a QVR is made up of its intrinsic dipole moment plus the dipole moment created by an external field is considered. The problem of the electric potential in a standing wave of second sound in a constant external electric field is solved. The electric potentials in a first sound wave owing to the flexoelectric effect, acceleration of the liquid, and an external electric field are obtained. These formulas are used in numerical calculations for comparing theory and experiments, and they can stimulate the setting up of new experiments.