超流動ヘリウム中での巨視的量子核生成による結晶成長メカニズムの研究

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臨界圧力近傍まで加圧した超流動ヘリウム4を固化への臨界圧力を越えてわずかに加圧して準安定状態の超流動ヘリウム4を生成し、1000秒以上の長時間保持しておく事ができることを実証した。この状態にある超流動ヘリウム中にある電極に1msec〜10secのパルス状の高電圧を与え、電極周辺の高電界により生じる局所的な高密度状態を引金として固体の核生成が行われる事を確認した。この核生成が生じる時間確率密度を電界圧縮などにより与えられた化学ポテンシャル差の関数として精密に測定する為に、以下の装置類を開発した。試料室の温度を精密に制御する為の温度測定制御装置一式。試料室の圧力を外界の温度変動などから守り、なおかつ試料が冷凍器の高温部に接続される事による試料内での温度の不均一性の影響を排除する為の希釈冷凍器温度で作動するスーパーリ-クタイトなバルブとそれを作動させる為の圧力系統一式。これにより低温部に閉じ込められた試料室の圧力を精密に制御しながら掃引する為の圧力測定制御装置一式、およびそのための2系統からなる試料ガス供給システム。これらを用いて核生成の時間確率密度を等温度下で化学ポテンシャル差の関数として測定した。この確率密度の化学ポテンシャル差依存性は測定温度領域全体(50mK〜1K)にわたって温度にはほぼ依存しない事から、バリアーを乗り越えるか透過するかして固体の核生成を行うプロセスが温度に依存しない形のものであることがわかった。従ってこの物理系では熱揺らぎによる活性化プロセスを経ずに巨視的量子トンネリングによる核生成が行われている可能性が極めて高いと結論付けられる。