Fonon

Fonon, u fizici čvrstog stanja, je kvant energije mehaničkih vibracija u čvrstom tijelu. Uveden je po analogiji s fotonom (kvantom elektromagnetskoga titraja), primjenom zakona kvantne mehanike na mehaničke titraje. Koncepcija fonona kao uvedene kvantnomehaničke veličine prikladna je pri istraživanjima širenja zvuka u čvrstom tijelu, vođenja topline, toplinskoga kapaciteta, raznih električnih učinaka u poluvodičima, te pri disperziji rendgenskoga zračenja i neutrona u kristalima.

Fonon koji se širi kristalnom rešetkom (pomicanja atoma jako su pretjerana).

Suprafluidni helij koji se nalazi u gornjoj posudi će pomalo isticati iz nje, kap po kap, sve dok se ne isprazni.

Suprafluidnost

Podrobniji članak o temi: Supratekućina

Suprafluidnost je stanje ukapljenoga helija koje se očituje gibanjem tekućine bez trenja na ekstremno niskoj temperaturi uz očuvana adhezijska svojstva. Otkrio ju je 1937. P. L. Kapica, a neovisno o njem otkrili su ju iste godine D. Misener i J. F. Allen proučavajući pojave do kojih dolazi kada se helij ohladi na temperaturu nižu od 2,17 K. Ako se na primjer u suprafluidni helij djelomično uroni prazna posuda, po njezinim će se stijenkama u tankom sloju (do 30 nm) helij penjati i spuštati u posudu sve dok se razina helija u posudi ne izjednači s razinom okolnoga helija; ako se kapilarna cjevčica jednim krajem uroni u suprafluidni helij i osvijetli, na njezinu će gornjem kraju istjecati helij poput vodoskoka visoka do 10 centimetara (takozvani učinak vodoskoka). Danska fizičarka L. Hau uspjela je 1999. u suprafluidu usporiti svjetlost do brzine 17 m/s, a 2001. uspjela ju je zaustaviti.

Helijevi izotopi ⁴He i ³He imaju različita suprafluidna stanja, a zbog različitoga broja neutrona u atomskoj jezgri (različitog spina) pripadaju različitim statistikama (kvantna statistika). Izotop helija ⁴He, sa spinom 0, je bozon, podvrgava se Bose-Einsteinovoj statististici, ukapljuje se na 4,2 K i prelazi u suprafluidno stanje na temperaturi 2,17 K, a izotop ³He, sa spinom 1/2, podvrgava se Fermi-Diracovoj statististici, ukapljuje se na 3,19 K, postaje suprafluidan na temperaturi 2,6 mK i ima dva različita suprafluidna stanja.

Teorijski doprinos tumačenju suprafluidnosti helijeva izotopa ⁴He prvi su dali L. Tisza i L. D. Landau 1941. u dvokomponentnom modelu s kvazičesticama fononima i rotonima, a kvantnomehanički ju je nadogradio R. Feynman. Objašnjenje suprafluidnosti izotopa ³He uklopilo se u poopćenu BCS-teoriju (supravodljivost). Postizanje suprafluidnosti još je vrlo skupo zbog potrebnih izuzetno niskih temperatura i iznimne čistoće helija, pa se primjenjuje uglavnom u znanstvenim istraživanjima, na primjer pri proučavanju pojedinačnih molekula plina u suprafluidu, gdje se one zbog nedostatka trenja gibaju potpuno slobodno; za održavanje osjetljivih mjernih instrumenata ili dijelova instrumenata na niskoj temperaturi (u astronomskom satelitu za opažanje infracrvenoga zračenja, IRAS, koji je lansiran 1983., s pomoću 720 litara suprafluidnoga helija instrumenti se čuvaju na temperaturi 1,6 K). U širem smislu stanje elektrona u supravodiču također je suprafluidno.