Τα υπερρευστά είναι από τα πιο παράξενα και υλικά και συμπεριφέρονται αντίθετα προς τη διαίσθησή μας. Δεν έχουν ιξώδες, πράγμα το οποίο επιτρέπει σε ένα αντικείμενο που κινείται μέσα σε ένα υπερρευστό να μην παρουσιάζει τριβές. Παρόμοια τα υπερρευστά μπορούν να ρέουν μέσα από στενές οπές και πόρους τα οποία είναι αδιαπέραστα για τα συμβατικά υγρά.
Τα υπερρευστά είναι σχετικά σπάνια και σχηματίζονται δύσκολα με δύο μόνο γνωστές εξαιρέσεις μεταξύ των υγρών: Το ήλιο-3 και το ήλιο-4. Τώρα ο Peter Toennies και οι συνεργάτες του στο Ινστιτούτο Max Planck για την έρευνα των ρευστών στο Gottingen, και η Ρωσική Ακαδημία Επιστημών στη Μόσχα έχουν βρει πειστικές ενδείξεις για την υπερρευστότητα του υγρού υδρογόνου. (Βλ. Grebenev και άλλοι στο Science 2000, 289 1532)

Το πρώτο υγρό στο οποίο παρατηρήθηκε υπερρευστότητα ήταν το ήλιο-4 το 1938. Σ’ αυτό μηδενίζεται το ιξώδες του κάτω από τους 2,12Κ. Εκείνη την εποχή ο Fritz London υπέδειξε ότι το φαινόμενο συσχετιζόταν με τη συμπύκνωση Bose-Einstein που συμβαίνει όταν ένα σύνολο μποζονίων (σωμάτια με μηδενικό ή ακέραιο spin) ψύχονται κάτω από μια κρίσιμη θερμοκρασία. Στη συμπύκνωση Bose-Einstein ένα μεγάλο κλάσμα του συνόλου των σωματιδίων συσωρεύεται στην κβαντική κατάσταση μηδενικής ορμής.

Υπερρευστότητα ανακαλύφθηκε αργότερα και στο υγρό ήλιο-3 που έχει μια κρίσιμη θερμοκρασία 2,4mK περίπου 1000 φορές μικρότερη από τη θερμοκρασία στη οποία το υγρό ήλιο-4 γίνεται υπερρευστό. Επειδή τα άτομα του ηλίου-3 έχουν ημιακέραιο spin (δηλαδή είναι φερμιόνια) ο μηχανισμός πίσω από την υπερρευστότητα αυτού του συστήματος είναι λίγο διαφορετικός. Στην κρίσιμη θερμοκρασία τα άτομα του ηλίου-3 μπορούν να συνδεθούν ώστε να σχηματίσουν ζεύγη Cooper. Επειδή τώρα κάθε ζεύγος είναι μποζόνιο το σύστημα μπορεί να υποστεί συμπύκνωση Bose-Einstein σαν τον εξάδελφό του το ήλιο-4.

Που αλλού θα μπορούσε να υπάρξει υπερρευστότητα; Το παράδειγμα με τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής είναι το ηλεκτρονικό αέριο σε ένα υπεραγωγό, στην περίπτωση αυτή άλλωστε παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το ζεύγος Cooper. Ας μην ξεχνάμε ότι τα ηλεκτρόνια είναι φερμιόνια. Πιο πρόσφατα η υπερρευστότητα έχει παρατηρηθεί σε αέρια αλκαλίων που έχουν ψυχθεί με laser.

Συγχρόνως οι αστροφυσικοί πιστεύουν ότι ρευστά νετρονίων και πρωτονίων που υπάρχουν στους αστέρες νετρονίων είναι σε υπερρευστή κατάσταση, αλλά αυτή η ιδέα είναι, το λιγώτερο που μπορούμε να πούμε, πολύ δύσκολο να αποδειχτεί πειραματικά.
Αν και είναι γενικά παραδεκτό ότι υπάρχει στενή σχέση μεταξύ της συμπύκνωσης Bose-Einstein και της υπερρευστότητας, η ακριβής σχέση μένει να αποδειχτεί. Για παράδειγμα, η θεμελιώδης στάθμη ενός ιδανικού συμπυκνωμένου Bose- συστήματος δεν θα ήταν υπερρευστό διότι δεν υπάχει λόγος που θα απαγόρευε στα άτομα να υποστούν συγκρούσεις οι οποίες θα οδηγούσαν στα γνωστά φαινόμενα τριβών. Οι διασωματιδιακές δυνάμεις προφανώς παίζουν ένα σημαντικό ρόλο κατά κάποιο τρόπο.

Με την πάροδο των ετών, έχει καταβληθεί μεγάλη προσπάθεια να βρούμε και νέα υπερρευστά για πειραματική έρευνα. Μια σημαντική δυσκολία είναι ότι άλλα υλικά εκτός του ηλίου στερεοποιούνται αρκετά πριν ψυχθούν στην κρίσιμη θερμοκρασία τους. Ακόμη και ο καλύτερος υποψήφιος, το υδρογόνο, έχει το τριπλό του σημείο στους 13,8Κ, ενώ η θερμοκρασία στην οποία προβλέπεται να συμβαίνει η συμπύκνωση Bose-Einstein είναι πολύ χαμηλότερη. Το υδρογόνο είναι ως εκ τούτου ήδη στερεό στη θερμοκρασία όπου αναμένεται να γίνει η συμπύκνωση Bose-Einstein.

Ο Humphrey Maris στο πανεπιστήμιο Brown έχει διερευνήσει ένα πιθανό τρόπο ξεπεράσματος του προβλήματος, υπερψύχοντας το υγρό κάτω από τη θερμοκρασία στερεοποίησής του αλλά απέτυχε. Η εναλλακτική προσέγγιση από τον Toennies και τους συνεργάτες του είναι ριζικά διαφορετική.
Στο πείραμά τους στο Gottingen, οι ερευνητές κράτησαν ένα μικροσκοπικό δείγμα παραυδρογόνου, δηλαδή μόριο υδρογόνου στο οποίο τα spin των πρωτονίων έχουν αντίθετες κατευθύνσεις, μέσα σε μια μικροσκοπική σταγόνα ηλίου που περιείχε ένα μεγάλο μόριο πρόσμιξης από καρβονυλικό σουλφίδιο OCS. Κάθε σταγόνα ηλίου περιέχει μεταξύ 14 και 16 μόρια παραυδρογόνου.

Σχήμα 1

Στη σταθερή κατάσταση το μόριο του OCS είναι στο κέντρο της σταγόνας και περιβάλλεται από ένα λεπτό στρώμα υδρογόνου που το ίδιο περιβάλλεται από ένα σχετικά παχύ κέλυφος υγρού ηλίου-4.
Είναι επίσης δυνατόν να προστεθεί ένα εξωτερικό κέλυφος από υγρό ήλιο-3. Σχήμα 1.

Οι σταγόνες ψύχονται σχεδόν στιγμιαία με εξάτμιση καθώς εισέρχονται σε ένα θάλαμο κενού μιας συσκευής περνώντας από ένα ακροφύσιο διαμέτρου μερικών μικρομέτρων. ΟΙ σταγόνες με το ήλιο-4 απ’ έξω φτάνουν τους 0,38Κ ενώ αυτές με το ήλιο-3 ψύχονται στους 0,15Κ. Και στις δυο περιπτώσεις το κέλυφος από ήλιο-4 πρέπει να είναι καθαρό υπερρευστό χωρίς να περιέχει καθόλου ίχνη από υγρό με ιξώδες σε όλη την επαφή του με τη σταγόνα.
Οι σταγόνες αναλύονται χρησιμοποιώντας υπέρυθρο laser καθώς ταξιδεύουν από την πηγή προς ένα τετραπολικό φασματογράφο μάζας. Το σήμα στον ανιχνευτή μειώνεται σημαντικά όταν το μήκος κύματος του laser συντονίζεται ώστε οι σταγόνες ν’ απορροφούν τα φωτόνια.

Μια ποικιλία από διάφορους τρόπους ταλάντωσης του μορίου OCS μπορούν κατ’ αρχην να διεγερθούν τότε. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι διεγέρσεις των περιστροφικών καταστάσεων του συμπλόκου που αποτελείται από το OCS και το παραϋδρογόνο. Αν το σύμπλοκο περιστρέφεται σαν σύνολο έχει μια αρκετά μεγάλη ροπή αδράνειας. Παρόλα αυτά αν το στρώμα του παραϋδρογόνου γίνει υπερρευστό παύει η σύζευξή του με το OCS και έτσι η καθαρή ροπή αδράνειας σχεδόν μηδενίζεται.

Σχήμα 2

Παραδείγματα των φασμάτων που επιτυγχάνονται χρησιμοποιώντας τους δύο τύπους σταγόνων σε διαφορετικές θερμοκρασίες φαίνονται στο σχήμα 2.
Σε κάθε περίπτωση τα φάσματα είναι σχεδόν ταυτόσημα για σταγόνες που περιέχουν διαφορετικούς αριθμούς μορίων παραϋδρογόνου. Παρόλα αυτά οι μορφές των φασμάτων στις δύο θερμοκρασίες είναι τελείως διαφορετικά. Οι οξείες κορυφές στους 0,38Κ σχετίζονται με περιστροφή του συμπλόκου και η απουσία τους στους 0,15Κ υποδεικνύει ισχυρά ότι η περιστροφή δεν είναι πια διεγερμένη στη θερμοκρασία αυτή. Η πιο πιθανή εξήγηση γι αυτό είναι ότι η ροπή αδράνειας του συμπλόκου OCS-παραϋδρογόνου έχει πάρει πολύ χαμηλή τιμή στους 0,15Κ διότι το υδρογόνο έγινε υπερρευστό σε κάποια θερμοκρασία μεταξύ 0,38Κ και 0,15Κ κι έτσι προκλήθηκε η αποσύζευξή του με το OCS.
Όταν το πείραμα επαναλήφθηκε με δευτέριο αντί για υδρογόνο, οι οξείες κορυφές διατηρούνταν ακόμα στους 0,15Κ υποδεικνύοντας απουσία υπερρευστότητας στο δευτέριο στη θερμοκρασία αυτή. Ο Toennies και οι συνεργάτες του έκαναν διάφορους ελέγχους και προσομοιώσεις, και όλα αυτά φαίνεται να πιστοποιούν το βασικό συμπέρασμα ότι το παραϋδρογόνο είναι ήδη υπερρευστό στους 0,15Κ.