home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #16 / NN_1992_16.iso / spool / sci / physics / fusion / 1830 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1992-07-25  |  5.8 KB  |  122 lines

  1. Newsgroups: sci.physics.fusion
  2. Path: sparky!uunet!sun-barr!ames!riacs!danforth
  3. From: danforth@riacs.edu (Douglas G. Danforth)
  4. Subject: Radiation induced phase change in Helium-3
  5. Message-ID: <1992Jul26.055644.2518@riacs.edu>
  6. Sender: news@riacs.edu
  7. Organization: RIACS, NASA Ames Research Center
  8. Date: Sun, 26 Jul 92 05:56:44 GMT
  9. Lines: 111
  10.  
  11.  
  12. I post the following article with some trepidation since the effect
  13. mentioned is in Helium-3, acts at the atomic level and may only tangentially
  14. be related to Ying's model. There are enough similarities, however, and 
  15. the last paragraph is most provocative ...
  16.  
  17. -- Doug Danforth
  18.  
  19. SCIENCE NEWS
  20. July 18, 1992
  21. Vol. 142, No. 3
  22. Pages 33-48
  23.  
  24.           'BAKED ALASKA' COOKED UP IN LIQUID HELIUM
  25.  
  26. Baked Alaska seems an unlikely term to encounter in physics, but this
  27. culinary surprise, consisting of meringue baked around ice cream, serves as
  28. an apt description of an exotic, theoretical model accounting for a curious
  29. aspect of liquid helium behavior. The model, proposed in 1984 by Anthony J.
  30. Leggett of the University of Illinois at Urbana-Champaign, suggests that
  31. high-energy particles produced by cosmic rays can trigger the otherwise
  32. inexplicable formation of one form of superfluid helium-3 at the expense of
  33. another.
  34.  
  35. In the baked Alaska scenario, high-energy electrons, created by the passage
  36. of cosmic-ray-generated muons through the supercooled liquid, deposit
  37. significant amounts of energy in spots less than a micron in diameter. Each
  38. intensely heated microball of liquid helium expands into a hot shell, leaving
  39. behind a pocket of cold superfluid helium. Isolated from the rest of the
  40. liquid, this cold core provides a protected environment in which a bubble of
  41. a different type of superfluid helium-3 can nucleate and start to grow.
  42.  
  43. Now researchers have obtained experimental evidence establishing the
  44. plausibility of Leggett's scenario. "Our results are certainly consistent
  45. with the [baked Alaska] model, though there are still unanswered questions,"
  46. says peter E. Schiffer of Stanford University.
  47.  
  48. "The Stanford results show that at least the idea of nucleation by
  49. high-energy particles isn't totally crazy," Leggett notes.
  50.  
  51. Schiffer, Douglas D. Osheroff, and coworkers report their findings in the
  52. July 6 PHYSICAL REVIEW LETTERS.
  53.  
  54. Helium-3, a rare isotope of helium, becomes a super fluid -- a liquid that
  55. flows without friction -- at temperatures below 2.5 millikelvins. In this
  56. chilly state, helium atoms tend to form pairs. Because these pairs can
  57. arrange themselves in two different ways, helium-3 has two distinct
  58. superfluid states. Depending on the pressure and the magnetic field applied
  59. to a sample, the so-called A phase is more stable than the B phase at higher
  60. temperatures, whereas the B phase takes over at lower temperatures.
  61.  
  62. In 1977, Osheroff (then at AT&T Bell Laboratories) and co-worker Michael
  63. Cross showed that the superfluids had characteristics implying that the A
  64. phase, even when supercooled well below the temperature at which a transition
  65. from the A to the B phase should occur, cannot by itself spontaneously make
  66. the change. Because such phase transitions actually do occur, this puzzling
  67. feature led to a search for a mechanism that would explain how the transition
  68. happens.
  69.  
  70. "I played around with various ideas, and it eventually sank into my mind that
  71. no mechanism based on a thermal equilibrium distribution of energy was going
  72. to explain this," Leggett recalls. His baked Alaska model emerged out of this
  73. line of reasoning.
  74.  
  75. "I had to convince myself you couldn't apply the normal laws of hydrodynamics
  76. or thermal transport under these conditions because you're so far from
  77. equilibrium," he says. "It really matters how the heat spreads out."
  78.  
  79. To check whether radiation can indeed trigger the nucleation of the B phase
  80. within the A phase of superfluid helium-3, the Stanford group used a
  81. specially designed, long, thin, silica glass tube with microscopically smooth
  82. surfaces. Within this tube, the team discovered it could dramatically 
  83. supercool samples of the A phase to temperatures as low as 0.37 millikelvins,
  84. much lower than temperatures achieved by other groups.
  85.  
  86. In addition, by placing sources of radiation near the sample cell, they
  87. discovered that they could greatly reduce the length of time before
  88. nucleation occurs in the supercooled A phase. Both gamma rays and neutrons
  89. produced comparable effects.
  90.  
  91. "It's clear that radiation does play a part," Osheroff says.
  92.  
  93. These findings indirectly suggest that the presence of surface irregularities
  94. or defects also has a strong influence on the nucleation of phase B. This
  95. factor may have thwarted previous attempts to detect radiation-induced
  96. nucleation.
  97.  
  98. Moreover, the Stanford experiment demonstrates the conditions necessary for
  99. observing the A phase at lower temperatures and lower magnetic fields than
  100. previously possible. "Now that we've got it pinned down, I think there's
  101. going to be a burst of activity," Leggett says. "A lot of people would love
  102. to have [A-phase] helium-3 in low magnetic fields at low temperatures. There
  103. are all sorts of things you can do with it."
  104.  
  105. Precisely how surface roughness and the presence of minute traces of such
  106. impurities as radioactive tritium contribute to the nucleation of phase B
  107. remains unclear. Osheroff and his team are now discussing the design of
  108. sample containers specially fabricated to have a certain roughness. The
  109. researchers would also like to observe nucleation at different pressures and
  110. magnetic fields.
  111.  
  112. "Helium-3 is an ideal system for understanding physics that would be
  113. completely masked in any other system," Osheroff says.
  114.  
  115. To leggett, the A-B transition in superfluid helium-3 represents a
  116. particularly clear example of how locally concentrated energy that can't
  117. dissipate through normal channels can induce events that by any other,
  118. reasonable, statistical measure would seem astronomically improbable.
  119.                         
  120.                         -- I. Peterson
  121.  
  122.