量子液体

量子液体（りょうしえきたい）とは、量子効果があらわれ、もはや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、その従う量子統計性により以下の2つに分類される。

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。

古典物理学との相違点

古典物理学的には、質量 $m$ の粒子の運動エネルギーは熱エネルギー $k T$ と同じオーダーである。

E_{\mathrm {kin} }={\frac {1}{2}}\cdot {\frac {p^{2}}{m}}\approx k\cdot T

ここで

とする。上式から、運動量は以下の式で近似される。

\Rightarrow p\simeq {\sqrt {m\cdot k\cdot T}}

よってド・ブロイ波長は以下のようになる。

\Rightarrow \lambda =h/p\simeq {\frac {h}{\sqrt {m\cdot k\cdot T}}}

ここで $h$ はプランク定数である。

したがって、 $T$ が低いときおよび粒子の質量 $m$ 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、 $T = 0$ 近傍では運動エネルギーはなくなり、粒子は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への固相への転移ができなくなっている。