量子液体のソースを表示

{{出典の明記|date = 2008年11月}}

'''量子液体'''（りょうしえきたい）とは、[[量子力学|量子効果]]があらわれ、もはや[[古典物理学|古典]][[統計力学]]によって記述することができなくなった[[液体]]を指す。

量子液体は[[超流動]]を示すことがあり、その従う[[粒子統計|量子統計性]]により以下の2つに分類される。
;[[フェルミ液体]]:液体[[ヘリウム3|<sup>3</sup>He]]、[[金属]]中の[[3次元]][[伝導電子]]など。特異な性質をもつ三つめの例として、一次元[[朝永-ラッティンジャー液体]]もあげられる。
;[[ボース液体]]:液体<sup>4</sup>Heなど。
低温において[[ヘリウム]]に液体相が存在することは、[[巨視的]]な量子効果によるものである。

[[1998年]]、[[ロバート・B・ラフリン]], [[ホルスト・ルートヴィヒ・シュテルマー]]、[[ダニエル・ツイ]]は「分数電荷の励起状態が存在する新たな量子流体の形態（[[分数量子ホール効果]]）の発見」によって[[ノーベル物理学賞]]を受賞した。

== 古典物理学との相違点 ==
古典物理学的には、質量 {{Mvar|m}} の粒子の運動エネルギーは[[熱|熱エネルギー]] {{Math|''k T''}}と同じオーダーである。
:<math>E_\mathrm{kin} = \frac{1}{2} \cdot \frac{p^2}{m} \approx k \cdot T</math>
ここで
* [[運動量]] {{Math|1 = ''p'' = ''mv''}}
** [[速度]] {{Mvar|v}}
* [[ボルツマン定数]] {{Mvar|k}}
* [[熱力学温度|絶対温度]] {{Mvar|T}}
とする。上式から、運動量は以下の式で近似される。
:<math>\Rightarrow p \simeq \sqrt{m \cdot k \cdot T}</math>
よって[[ド・ブロイ波|ド・ブロイ波長]]は以下のようになる。
:<math>\Rightarrow \lambda = h/p \simeq \frac{h}{\sqrt{m \cdot k \cdot T}}</math>
ここで {{Mvar|h}} は[[プランク定数]]である。

したがって、{{Mvar|T}} が低いときおよび粒子の質量 {{Mvar|m}} が小さいときに量子効果は顕著にあらわれる。

古典力学に従えば、 {{Math|1 = ''T'' = 0}} 近傍では運動エネルギーはなくなり、粒子は[[位置エネルギー|ポテンシャルエネルギー]]の最低点で静止するため、[[結晶構造]]が生じて全ての物質は[[結晶化]]、すなわち[[凝固]]しなければならない。しかし、量子液体では[[零点エネルギー]]が大きいために系が[[固体]][[相 (物質)|相]]への固相への転移ができなくなっている。

== 関連文献 ==
* {{Cite book|author=Anthony J. Leggett|title=Quantum liquids : Bose condensation and Cooper pairing in condensed-matter systems|publisher=Oxford Univ. Press|city=Oxford|year=2007|ISBN=978-0-19-852643-8}}
* {{Cite book|author=James F. Annett|title=Superconductivity, superfluids, and condensates|publisher=Oxford Univ. Press|city=Oxford|year=2009|ISBN=978-0-19-850755-0}}
* {{Cite book|author=Alberto Bramati|title=Physics of quantum fluids : new trends and hot topics in atomic and polariton condensates|publisher=Springer|city=Berlin|year=2013|ISBN=978-3-642-37568-2}}

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