自昂尼斯实现氦的液化后,对物质在低温下的物理性质的研究逐步深入,人们相继发现了低温下的超导电性和超流现象。

30年代,实验发现,当液氦(指4He)的温度降到2.17K 时,液氦从原来的正常流体突然转变为具有一系列极不寻常的性质的“超流体”,这就是超流现象．在2.17K 以下,超流的液氦具有以下性质:

首先,液氦能沿极细的毛细管(管径约0.1 微米)流体而几乎不呈现任何粘滞性．这一现象最先由卡皮查于1937年观察到,称为超流性．其次,如果用一细丝悬挂一薄盘浸于液氦中,让圆盘作扭转振动,则盘的运动将受到阻尼。

第三,当液氦由容器A 中通过多孔塞(或极细的毛细管)流出时,A内的液氦的温度升高(如右图所示)．这一现象好如机械致热效应．其逆过程称为热机械效应,即: 当升高A 内的温度时,其中液氦的液面将上升,若A 本身是一毛细管,则将观察到液氦从上口喷出,故也称喷泉效应．另外,液氦还具有极好的导热性,热导率为室温下铜的800 倍。

以上这些性质都表现为宏观现象,事实上却是超流液氦的量子效应．不同于宏观物体,微观粒子除了坐标空间的动量外,还有一种“内部”角动量——自旋．粗略地说,可以把它看成一个转动的小陀螺,有一个小磁矩．具有半整数自旋的粒子称为费米子,如电子、中子、质子,它们的自旋为1／2．具有整数自旋的粒子叫玻色子,如光子,? -介子,它们的自旋为1．对于费米子,由于泡利不相容原理的缘故,每个状态只允许填一个粒子．而对于玻色子,粒子在各状态上的填充数不受限制．温度降到一个特定值后,越来越多的玻色子处于能量最低的,也就是动量为零的状态．这个现象叫做玻色—爱因斯坦凝聚．这里所说的凝聚不是通常说的那种气体变液体的凝聚,而是“动量凝聚”．也就是说,许多分子都转到动量为零的状态,这就使得它们在坐标空间中还是在容器中的液体,而此时液体的流动性发生了突变．液氦(4He)是玻色子,在2.17K 以下的超流转变就是这种“凝聚”。

超流是一种宏观范围内的量子效应．由于玻色—爱因斯坦凝聚,氦原子形成一个“抱团很紧”的集体．超流正是这种“抱团”现象的具体表现。