Condensat fermionic

Diferența dintre fermioni și bosoni

Bosonii și fermionii sunt particule subatomice (bucăți de materie mai mici decât un atom). Diferența dintre un boson și un fermion constă în numărul de electroni, neutroni și/sau protoni din atom. Un atom este compus din bosoni dacă are un număr par de electroni. Un atom este compus din fermioni dacă are un număr impar de electroni, neutroni și protoni. Un exemplu de boson ar fi un gluon. Un exemplu de fermion ar fi potasiul-40, care este ceea ce Deborah Jin a folosit ca nor de gaz. Bosonii pot forma aglomerări și sunt atrași unii de alții, în timp ce fermionii nu formează aglomerări. Fermionii se găsesc de obicei în șiruri drepte, deoarece se resping între ei. Acest lucru se datorează faptului că fermionii se supun principiului de excludere Pauli, care afirmă că nu se pot aduna în aceeași stare cuantică.

Acesta este modelul standard al particulelor elementare, denumit de obicei modelul standard.

Similitudine cu condensatul Bose-Einstein

La fel ca și condensatele Bose-Einstein, condensatele fermi se vor unifica (se vor transforma într-o singură entitate) cu particulele care le compun. De asemenea, atât condensatele Bose-Einstein, cât și condensatele fermi sunt stări ale materiei create de om. Particulele care alcătuiesc aceste stări ale materiei trebuie să fie supra-refrigerate în mod artificial, pentru a avea proprietățile pe care le au. Cu toate acestea, condensatele fermi au atins temperaturi chiar mai scăzute decât condensatele Bose-Einstein. De asemenea, ambele stări ale materiei nu au vâscozitate, ceea ce înseamnă că pot curge fără să se oprească.

Heliu-3 și fermioni

Crearea unui condensat fermi este foarte dificilă. Fermionii respectă principiul excluderii și nu sunt atrași unii de alții. Ei se resping unul pe celălalt. Jin și echipa sa de cercetare au găsit o modalitate de a-i uni. Ei au ajustat și au aplicat un câmp magnetic asupra fermionilor antisociali, astfel încât aceștia au început să-și piardă proprietățile. Fermionii și-au păstrat în continuare o parte din caracterul lor, dar se comportau puțin ca niște bosoni. Folosind acest lucru, ei au reușit să facă perechi separate de fermioni să fuzioneze unul cu celălalt la nesfârșit. Doamna Jin bănuiește că acest proces de împerechere este același în heliu-3, de asemenea un superfluid. Pe baza acestor informații, ei pot emite ipoteza (face o presupunere) că și condensatele fermionice vor curge fără vâscozitate.

Superconductivitate și condensate fermionice

Un alt fenomen conex este supraconductivitatea. În supraconductivitate, electronii împerecheați pot curge cu vâscozitate 0. Există un interes destul de mare pentru supraconductivitate, deoarece poate fi o sursă de energie electrică mai ieftină și mai curată. De asemenea, ar putea fi folosită pentru a alimenta trenurile care levitează și mașinile de tip hover.

Dar acest lucru se poate întâmpla numai dacă oamenii de știință pot crea sau descoperi materiale care să fie supraconductoare la temperatura camerei. De fapt, un premiu Nobel va fi acordat celui care va reuși să realizeze un supraconductor la temperatura camerei. În momentul de față, problema este că oamenii de știință trebuie să lucreze cu supraconductori la aproximativ -135 °C. Acest lucru implică utilizarea azotului lichid și a altor metode pentru a face temperaturi extrem de scăzute. Aceasta este, bineînțeles, o muncă plictisitoare, motiv pentru care oamenii de știință preferă să folosească supraconductori la temperatura camerei. Echipa doamnei Jin crede că înlocuirea electronilor împerecheați cu fermioni împerecheați ar duce la obținerea unui supraconductor la temperatura camerei.

Superconductivitatea. Acesta este efectul Meissner.