Фермионный конденсат

Разница между фермионами и бозонами

Бозоны и фермионы - субатомные частицы (биты вещества размером меньше атома). Разница между бозоном и фермионом заключается в количестве электронов атома, нейтронов и/или протонов. Атом состоит из бозонов, если он имеет четное число электронов. Атом состоит из фермионов, если у него нечетное число электронов, нейтронов и протонов. Примером бозона может служить глюон. Примером фермиона был бы калий-40, который Дебора Джин использует как газовое облако. Бозоны могут образовывать комки и притягиваться друг к другу, тогда как фермионы не образуют комков. Фермионы обычно встречаются в прямых струнах, потому что они отталкивают друг друга. Это происходит потому, что фермионы подчиняются принципу исключения Паули, который гласит, что они не могут собираться вместе в одном квантовом состоянии.

Это стандартная модель элементарных частиц, обычно называемая просто стандартной моделью.

Сходство с конденсатом Бозе-Эйнштейна

Как и конденсаты Бозе-Эйнштейна, ферми-конденсаты будут коалесцировать (вырастать вместе в одно целое) с частицами, из которых они состоят. Конденсаты Бозе-Эйнштейна и конденсаты ферми также являются техногенными состояниями материи. Частицы, которые образуют эти состояния материи, должны быть искусственно супер-охлаждены, чтобы обладать свойствами, которые они делают. Однако конденсаты ферми достигают даже более низких температур, чем конденсаты Бозе-Эйнштейна. Кроме того, оба состояния вещества не имеют вязкости, что означает, что они могут течь без остановки.

гелий-3 и фермионы

Создать ферми-конденсат очень сложно. Фермионы подчиняются принципу исключения, и их не тянет друг к другу. Они отталкивают друг друга. Джин и ее исследовательская группа нашли способ объединить их. Они настроили и применили магнитное поле на антисоциальных фермионах, поэтому они начали терять свои свойства. Фермионы все еще сохраняли часть своего характера, но вели себя немного как бозоны. Используя это, они смогли заставить отдельные пары фермионов сливаться друг с другом снова и снова. Миссис Чжин подозревает, что этот процесс слияния одинаковый в гелии-3, также супертекучий. Основываясь на этой информации, они могут выдвинуть гипотезу (сделать обоснованное предположение), что фермионные конденсаты будут течь также без какой-либо вязкости.

Сверхпроводимость и фермионные конденсаты

Другим связанным с этим явлением является сверхпроводимость. При сверхпроводимости парные электроны могут течь с 0 вязкостью. Сверхпроводимость представляет интерес, так как она может быть более дешевым и чистым источником электричества. Она также может быть использована для питания левитирующих поездов и вагонов на воздушной подушке.

Но это может произойти только в том случае, если ученые смогут создавать или открывать материалы, являющиеся сверхпроводниками при комнатной температуре. Фактически, Нобелевская премия будет присуждена тому, кто сумеет создать сверхпроводник при комнатной температуре. Сейчас проблема в том, что ученым приходится работать со сверхпроводниками при температуре около -135 °C. Речь идет об использовании жидкого азота и других методов для получения чрезвычайно низких температур. Это, конечно, утомительная работа, поэтому ученые предпочитают использовать сверхпроводники при комнатной температуре. Команда миссис Джин считает, что замена парных электронов на парные фермионы приведет к появлению сверхпроводника комнатной температуры.

Сверхпроводимость. Это эффект Мейснера.