Spin-aallot ja ylikriittinen liike He-3-supranesteessä

Lämpötilan lähestyessä absoluuttista nollapistettä heliumin isotooppi He-3 muuttuu supranesteeksi, jonka ominaisuudet poikkeavat huomattavasti tavanomaisista nesteistä. Väitöstyössä tutkittiin näitä ominaisuuksia.

Toisin kuin tavalliset nesteet supraneste ei voi pyöriä tasaisesti astiansa mukana. Sen sijaan pyörteisyys keskittyy ns. kvantisoituneisiin virtauspyörteisiin eli vortekseihin. Väitöstutkimuksen ensimmäisessä osassa tarkasteltiin, miten vorteksit vaikuttavat supranesteen magneettisiin ominaisuuksiin. Tutkimuksessa havaittiin, että sopivissa olosuhteissa vorteksit vuorovaikuttavat nesteen magnetoituman kanssa synnyttäen magneettisia aaltoja, ns. spin-aaltoja.

Väitöstutkimuksen toisessa osassa tarkasteltiin supranesteessä liikkuvaan kappaleeseen kohdistuvaa vastusvoimaa. Vallitsevan käsityksen mukaan vastusvoima on häviävän pieni liikuttaessa alhaisilla nopeuksilla, mutta kasvaa äkillisesti nopeuden ylittäessä ns. Landaun kriittisen nopeuden (n. 3 cm/s nollalämpötilassa ja nollapaineessa). Tutkimuksessa osoitettiin, että tämä ei päde yleisesti: mikäli kappale on makroskooppinen, voi kriittinen nopeus olla Landaun nopeutta suurempi. Sama ilmiö on hiljattain havaittu myös kokeellisesti.