Аспирантура 2019/2020

Теоретическая физика низких температур

Статус: Курс обязательный

Направление: 03.06.01. Физика и астрономия

Кто читает: Факультет физики

Когда читается: 1-й курс, 1 семестр

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Смирнов Александр Иванович

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 30

Программа дисциплины

Аннотация

В программе курса рассматриваются основные концепции теоретической физики низких температур и методы их применения для описания сверхтекучести, сверхпроводимости, ферми-жидкостных систем. Приводятся основные результаты теории для описания термодинамических и магнитных свойств твердых тел и конденсированных сред. Обсуждаются направления современного развития физики низких температур. В основе курса –методы описания свойств вещества при низких температурах, проявления макроскопических квантовых эффектов, концепция элементарных возбуждений. Основную часть курса составляет теория сверхтекучести и бозе-эйнштейновской конденсации, упругих волн в конденсированных средах, далее следует изложение теории Ферми-жидкости Ландау и описываются ее применения для различных физических систем.

Цель освоения дисциплины

• Получение фундаментальных знаний в области физики низких температур, знаний об основных теоретических концепциях физики низких температур, теории сверхтекучести, бозе-конденсации, ферми-жидкости. Освоение дисциплины должно способствовать формированию профессиональных компетенций, определяемых профилем программы аспирантуры.

Планируемые результаты обучения

• Знание основных концепций теоретической физики низких температур и методы их применения для описания сверхтекучести, сверхпроводимости, ферми-жидкостных систем; основных результатов теории для описания термодинамических и магнитных свойств твердых тел и конденсированных сред; основных направлений современного развития физики низких температур.

Содержание учебной дисциплины

• Общие свойства вещества при низких температурах.
  Квантовые эффекты. Элементарные возбуждения.
• Свойства жидкого гелия
  Основные эксперименты. Качественное объяснение сверхтекучести.
• Теория сверхтекучести Л.Д.Ландау
  Теория сверхтекучести Л.Д.Ландау. Коллективный характер элементарных возбуждений. Звуковые колебания как элементарные возбуждения. Уравнения гидродинамики. Звуковые волны. Квантование уравнений гидродинамики. Фононы. Коротковолновые элементарные возбуждения. Ротоны. Термодинамика сверхтекучего гелия. Температурная зависимость теплоемкости. Определение сверхтекучести. Описание сверхтекучего переноса вещества. Преобразования Галилея для элементарных возбуждений. Две скорости макроскопического движения. Плотность нормальной компоненты. Ее температурная зависимость.
• Двухскоростная гидродинамика сверхтекучей жидкости
  Уравнения двухскоростной гидродинамики сверхтекучей жидкости. Звук в сверхтекучей жидкости. Характер колебаний в волнах первого и второго звуков. Второй звук при очень низких температурах. Течение сверхтекучей жидкости через капилляры. Термомеханический эффект.
• Бозе-конденсация и сверхтекучесть
  Бозе-конденсация и сверхтекучесть. Волновая функция конденсата- параметр порядка сверхтекучей жидкости. Связь скорости сверхтекучей компоненты с фазой параметра порядка. Потенциальность сверхтекучего движения.
• Перенос тепла в сверхтекучей жидкости
  Перенос тепла в сверхтекучей жидкости. Эффективная теплопроводность. Явление сверхтеплопроводности. Сверхтекучая жидкость в неодносвязных сосудах. Квантование циркуляции сверхтекучей скорости.
• Термодинамика вращения, вихревые нити
  Парадокс с вращением сверхтекучей жидкости. Термодинамика вращения, вихревые нити. Вычисление плотности вихревых нитей. Объяснение парадокса
• Ферми-жидкости в физике конденсированного вещества и в физике атомного ядра
  Свойства жидкого гелия-3. Ферми-жидкости в физике конденсированного вещества и в физике атомного ядра
• Теория Ферми-жидкости Л.Д.Ландау
  Длина свободного пробега частиц в классических газах и жидкостях, квантовых Ферми-газах и Ферми-жидкостях. Теория Ферми-жидкости Л.Д.Ландау. Квазичастицы Ландау. Энергия Ферми-жидкости. Энергия квазичастиц. Основное состояние Ферми-жидкости. Эффективная масса квазичастиц. Теплоемкость.
• Взаимодействие квазичастиц
  Взаимодействие квазичастиц. Функция Ландау в широком и узком смысле. сферические гармоники Функции Ландау

Элементы контроля

• контрольная работа
• устный экзамен

Промежуточная аттестация

• Промежуточная аттестация (I семестр)
  0.3 * контрольная работа + 0.7 * устный экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Теоретическая физика. Т. 6: Гидродинамика, Ландау, Л. Д., 1986
• Теоретическая физика. Т.5, Ч. 1: Статистическая физика, Ландау, Л. Д., 2005
• Теоретическая физика. Т.9: Статистическая физика: Ч. 2: Теория конденсированного состояния, Лифшиц, Е. М., 2015

Рекомендуемая дополнительная литература

• Основы теории металлов, Абрикосов, А. А., 2010