হিলিয়াম-৪ গ্যাসকে যখন পরম শূন্যের কাছাকাছি ((2.17 ext{ K})) ঠাণ্ডা করা হয়, তখন কোয়ান্টাম বলবিদ্যার তরঙ্গ আর পরমাণুর ভেতর সীমাবদ্ধ না থেকে একটি পুরো তরল ড্রপের আকার ধারণ করে। এটি বোস-আইনস্টাইন ঘনীভবনের মাধ্যমে রূপান্তরিত হয় এক অতি-তরলে বা সুপারফ্লুইডে (Superfluid)—যার কোনো সান্দ্রতা নেই, যা পাত্রের গা বেয়ে ওপরে উঠে উপচে পড়ে এবং যার ভেতর ঘূর্ণিও কোয়ান্টাম নিয়ম মেনে চলে।

১. ল্যান্ডাউর দ্বি-তরল মডেল (Two-Fluid Model)

সুপারফ্লুইডের আচরণ ব্যাখ্যা করতে লেভ ল্যান্ডাউ তরলকে দুটি উপাদানের মিশ্রণ হিসেবে কল্পনা করেন: (
ho =
ho_n +
ho_s)।

  • সাধারণ তরল ((
    ho_n))    : এতে তাপীয় উত্তেজনা (ফোনন ও রোটন) থাকে, এর সান্দ্রতা আছে এবং এটি পুরো তরলের এনট্রপি বহন করে।
  • সুপারফ্লুইড উপাদান ((
    ho_s))    : পরম শীতল গ্রাউন্ড-স্টেট কনডেনসেট, যার সান্দ্রতা শূন্য ((mu_s = 0)) এবং এনট্রপি শূন্য।

২. শূন্য সান্দ্রতার প্রবাহ ও সেকেন্ড সাউন্ড

সুপারফ্লুইডের বেগ ম্যাক্রোস্কোপিক ওয়েভফাংশনের দশার (Phase) গ্র্যাডিয়েন্ট: (mathbf{v}_s = rac{hbar}{m}
abla heta)। এর ফলে এর কার্ল সর্বদা শূন্য: (
abla imes mathbf{v}_s = 0)। এতে কোনো সান্দ্রতা না থাকায় এটি সবচেয়ে সূক্ষ্ম ন্যানো-ছিদ্রের মধ্য দিয়েও কোনো প্রতিরোধ ছাড়া প্রবাহিত হয়।

সুপারফ্লুইডে তাপমাত্রার পার্থক্য যান্ত্রিক বল তৈরি করে। কোনো পাত্রে সামান্য তাপ দিলে তরল লাফিয়ে ফোয়ারার মতো বের হতে থাকে, যাকে ফাউন্টেন ইফেক্ট বলে। এছাড়া সাধারণ শব্দের পাশাপাশি এতে সেকেন্ড সাউন্ড (Second Sound) বা তাপীয় তরঙ্গ শব্দের বেগে ভ্রমণ করে।

৩. কোয়ান্টায়িত ঘূর্ণি (Quantized Vortices)

সুপারফ্লুইডকে যদি একটি পাত্রে ঘোরানো হয়, তবে তা কীভাবে ঘুরবে যদি তার ভর্টিসিটি শূন্য হতে হয়? রিচার্ড ফাইনম্যান ও লার্স অনসাগার দেখান যে সুপারফ্লুইড তার ভেতরে অতি সূক্ষ্ম ফাঁপা কোয়ান্টাম রেখা তৈরি করে। যেকোনো লুপের চারপাশে সার্কুলেশন একটি নির্দিষ্ট প্যাকেটে কোয়ান্টায়িত থাকে:

[
Gamma = oint mathbf{v}_s cdot dmathbf{l} = n rac{h}{m_4}
]

এখানে (h/m_4) হলো সার্কুলেশনের কোয়ান্টাম একক। কোটি কোটি অতিক্ষুদ্র কোয়ান্টাম ঘূর্ণির সমন্বয়ে সুপারফ্লুইড একটি সাধারণ ঘূর্ণায়মান তরলের মতো আচরণ করে।

শাকিল মাহমুদ সজল

শাকিল মাহমুদ সজল

সফটওয়্যার প্রকৌশলী ও লেখক, ঢাকা, বাংলাদেশ। কম্পিউটার বিজ্ঞান, পদার্থবিজ্ঞান, ইতিহাস ও ভাবনার সমন্বয়ে ব্যক্তিগত নোট ও প্রবন্ধ সংকলন।