Superfluidità nell’elio III: teoria ed esperimenti

By 1970, the theory of superconductivity was considered well established. The superfluidity of helium-4 (He-4) had also been thoroughly investigated. Consequently, for many scientists, the field of low-temperature physics appeared to be approaching its conclusion. This confidence was shaken in 1972 by the surprising discovery of the superfluid phases of helium-3 (He-3), with a transition temperature of about 2.7 mK. In particular, two transitions were observed, corresponding to two distinct phases, labeled A and B. This thesis discusses the BCS theory of superconductivity and its generalization to helium-3. This treatment allows us to provide a consistent theoretical interpretation of the thermodynamic properties of liquid He-3. The thesis also examines the macroscopic quantum effects of the superfluid, which make it possible to obtain a direct comparison between theory and experiment.

Nel 1970 la teoria della superconduttività era ormai consolidata. Anche la superfluidità dell’elio 4 (He-4) era stata ben approfondita. Pertanto, per molti scienziati, il campo della fisica delle basse temperature sembrava prossimo alla sua conclusione. Questa sicurezza fu scossa nel 1972 dalla sorprendente scoperta delle fasi superfluide dell’ He-3 con una temperatura di transizione di circa 2,7 mK. In particolare ci fu l’osservazione di due transizioni, corrispondenti a due fasi distinte definite A e B. In questa tesi si discute la teoria BCS della superconduttività e la sua generalizzazione per l’elio 3. Questa trattazione ci permette di dare una consistente interpretazione teorica delle proprietà termodinamiche dell’ He-3 liquido. Nella tesi si discutono anche gli effetti quantistici macroscopici del superfluido che permettono di ottenere un confronto diretto tra teoria ed esperimento.