PDF《Boo jum 的故事》

h t t p : oowww.

w u l i . a c . c n ∥锢怼3 9卷(2010年) 1期Boojum的故事 阎守胜 ( 北京大学物理学院”本1

0 0

8 7

1 ) ∽罱乙恢痹诓斡肴匀豢蒲噬蠖ㄎ 会公布的1

9 9 6年版物理学名词的修订工作, 修订的 主要原因是近一二十年来物理学在多个领域有长足 的进展, 相关的名 词需要补充 和规范. 在讨论到B字头名词时, b o o j u m 一词又浮现在我的脑海中.

1 9

8 0年3月, 我到美国C o r n e l l大学低温物理实验 室D a v i dL e e教授的小组工作, 夏天参加了在该校召开 的超流液体

3 H e物理的国际研讨会. 一天晚上, 作为会 议唯一的公众演讲, N. D a v i d M e r m i n教授做了有关 b o o j u m的演说, 我第一次听到了这个名词. 当时刚到美 国不久, 英文很糟糕, 只知道这是一个有关超流3 H e织 构或缺陷的名词, 是Mermin教授建议的, 背后有很多 有趣的故事. 不久有一次和 M e r m i n同车, 坐在一起, 我 告诉他, 中国的汉字很有趣, 不仅有音, 还有义, 如果用 中文, b o o j u m也许可以定名为 布经 , 布 有分布的意 思, 经 常用在经络、 经线等词汇中, 有 线 的含义, 因此 布经 可看做b o o j u m的音译, 而且人们也容易理解, 这是一种织构的名称. M e r m i n 客气地笑了笑, 说很有意 思, 除此以外并没有太多的兴奋和赞许, 这是我心里一 直不太明白的事. 由于b o o j u m 一词和我的教学、 研究 工作无关, 一放就是近三十年, 没有再去想它. 这次做 名词修订, 觉得应该抽时间搞清楚b o o j u m 的来龙去 脉, 也看看有没有可能找到比 布经 更好的中文定名.

3 H e的超流相是1

9 7 2年由 C o r n e l l大学的 D o u g O s h e r o f f , B o bR i c h a r d s o n 和DavidL e e小组发现的, b o o j u m是超流3 H eA相表面一种织构或缺陷的名称[

1 ] .

3 H e原子是费米子, 在超流相中两两结对( 库珀 对) . 在零磁场下, 超流3 H e有两个相, 其中 A相是各向 异性的, 依赖于局域条件, 液体中每一处均有择优取向 轴存在, 库珀对的轨道角动量l的取向与之一致时能量 最有利. 例如在容器壁的附近, 择优取向轴垂直于壁 面, l矢量与之一致时, 组成对的原子相互环绕运动的 平面与壁面平行, 可减少与壁的碰撞, 因而能量最低. 在超流3 H eA相中, l的取向可有缓慢的空间变化, 形 成织构. 在圆筒型容器中, b o o j u m即是如图1所示的织 构, 或说是产生这种织构的表面点缺陷的名称;

这种点 缺陷可以在表面运动, 其后果是导致超流的衰减. 用Mermin的语言[

2 ] , b o o j u m的定义是其运动可触发超流 衰减的任何表面点缺陷 ( a n ys u r f a c ep o i n ts i n g u l a r i t y t h e m o t i o n o f w h i c h c a n c a t a l y z e t h e d e c a y o f s u p e r c u r r e n t ) . 图1〕3 H eA 相中, 称为b o o j u m 的织构, 取自文献[

2 ] 图2( a )超流3 H eA 相液滴中对称性最高的织构;

( b) 出现两 条涡旋线示意. 取自文献[

2 ] 那么 M e r m i n是如何想到b o o j u m 这个名字的呢? 这要回溯到1

9 7 6年, 那一年的夏天在英国的S u s s e x大学 召开了有关

3 H e超流相物理的研讨会. M e r m i n和同行 们讨论到在球状

3 H eA相液滴中各向异性轴的分布状 况, 最对称的情形显然如图2 ( a ) 所示, 是从中心点向外辐 射的. 但是从拓扑学的角度可以证明, 这种分布不可能实 现, 因为一定会出现如图2 ( b ) 所示的一对从中心连接到 液滴表面的涡旋线, 涡旋线会为降低能量而缩短, 最终将 发散点拉到表面, 得到的是如图1所示的从壁上, 或表面 上一点出发的对称的织构. 在他回到C o r n e l l为会议文集 撰写文章的最终文本时, 想到图1的织构是在图2的对 称织构 s o f t l ya n ds u d d e n l yv a n i s h e da w a y ,即无声息地 突然消失后留下来的, 禁不住产生一定要建议将图1的・85・物理学名词 ∥锢怼3 9卷(2010年) 1期h t t p : oowww. w u l i . a c . c n 织构命名为b o o j u m的想法. 现在我才明白,一句 softlyandsuddenlyvanisheda w a y ,让Mermin立即想到b o o j u m, 源自 L e w i sC a r r o l l