El 3 he líquido, la superfluidez y sus diferencias con el 4 he:

El 3 He líquido, la superfluidez y sus diferencias con el 4 He:

El helio-3 se encuentra en la naturaleza, pero su concentración en la atmósfera aún es ~ 10 6 veces menor a la de helio-4, y en las entrañas terrestres constituye 10 -9 %. Por eso es imposible extraer de las fuentes naturales alguna cantidad notable de éste, además, tal gas costaría mucho.

El helio-3 es caro, cuesta 10 vecesmás que el 4 He, y no abunda mucho. Su cantidad total constituye algunos litros o decenas de litros, y es poco probable que en todos los laboratorios del mundo se encuentre una cantidad de 3 He como para llenar un vaso Dewar portátil de 10 litros. Pero el 3 He hierve a 3,69°K. A 1,2°K la presión de sus vapores constituye 20 mm Hg. Por eso, en el aparato del tipo "vaso Dewar en vaso Dewar", el 3 He,al penetraren el tubo, cuya pared tiene una temperatura de 1,2°K, se volverá liquido y se derramará hacia abajo. Ahora, si empezamos a absorber sus vapores, éste, evaporándose, empezará a enfriarse y enfriará todo lo que se encuentre en contacto térmico con él.

¿Qué cantidad de 3 He es necesario tener para experimentar con él? Resulta que muy poco, ya que el recipiente llenado por éstepermanece rodeado por todos lados por una pantalla que se encuentra a la temperatura del helio y se halla bien aislado térmicamente. El principal flujo de calor lo suministra el tubo por el que se efectúa la absorción de los vapores. Por eso en ese tubo es preciso instalar pantallas absorbentes de la radiación térmica del ambiente, y entonces el flujo de calor disminuye hasta una magnitud del orden de 10-4 W. Por consiguiente, aunque el calor de evaporación del 3 He constituye tan sólo ~ 30 J/mol (casi tres veces menor que el del 4 He), y si a nuestra disposición hay 1 mol, o sea, 22,4 l de gas, con esa cantidad se puede trabajar ~ 3·10 5 s » 3 días. Y después hay que condensarlo de nuevo y se puede seguir trabajando, si no se ha acabado el 4He en el recipiente exterior.

Así pues, ¿quérepresenta el 3 He liquido? Es mucho menos denso que el 4 He líquido: 0,08 g/cm en comparación con 0,145 g/cm. Hierve a una temperatura más baja y su calor de evaporación, como ya dijimos, es mucho menor que el del 4 He. Pero todo eso no es tan extraño, ya que sus átomos son más ligeros. Por lo tanto, la energía de las oscilaciones nulas, que se deduce del principio de incertidumbre, para el 3 He esmayor que para el 4 He. El 3 He líquido es un líquido cuántico más, y los investigadores no se asombraron de que éste no se endurece incluso hasta T = 0.

Una propiedad extraña del 3 He es que no se vuelve superfluyente hasta temperaturas muy bajas, de ~ 10 -3 °K. 3 He y 4 He químicamente son un mismo elemento, y todas las causas de la superfluencia del 4 He, parece que también es aplicable para el3 He. ¿En qué consiste la diferencia radical de estos isótopos? Resulta, en que el número 3 es impar, y el 4, par.
El hecho es que cualquier partícula elemental es una especie de trompo microscópico que gira en dirección de las manecillas del reloj o al contrario, o no gira completamente, según sea su spin (la palabra inglesa "spin" significa giro). ¿Cómo caracterizar la rotación de un trompocomún? Evidentemente, antes que nada debemos saber la dirección de su eje y si el mismo gira en dirección de las manecillas del reloj o en sentido contrario con respecto a ese eje. ¿Y cuantitativamente? Se puede, desde luego, hablar de la energía cinética de rotación, pero no es muy cómodo. El hecho es que dicha energía del trompo puede variar a expensas del trabajo de las fuerzas internas. Recuerdecómo los deportistas de patinaje artístico, abriendo los brazos, giran suavemente sobre el hielo y, de repente, este movimiento bastante lento se convierte en un torbellino enloquecido en cuanto el patinador junta las piernas y aprieta los brazos contra el cuerpo. Intenten describir eso a partir de consideraciones energéticas, y no olviden que el patinador, al contraerse, efectúa un trabajo....