Fermioniskais kondensāts

Fermionu un bozonu atšķirība

Bosoni un fermioni ir subatomāras daļiņas (par atomu mazākas vielas daļiņas). Atšķirība starp bozonu un fermionu ir atoma elektronu, neitronu un/vai protonu skaits. Atoms sastāv no bozoniem, ja tajā ir pāra skaits elektronu. Atoms sastāv no fermioniem, ja tajā ir nepāra skaits elektronu, neitronu un protonu. Bozona piemērs ir glions. Fermiona piemērs ir kālijs-40, ko Debora Džina izmantoja kā gāzes mākoni. Bozoni var veidot salipumus, un tie piesaista viens otru, savukārt fermioni salipumus neveido. Fermioni parasti ir atrodami taisnās virknēs, jo tie viens otru atgrūž. Tas ir tāpēc, ka fermioni ievēro Pauli izslēgšanas principu, kas nosaka, ka tie nevar pulcēties kopā vienā kvantu stāvoklī.

Tas ir elementārdaļiņu standarta modelis, ko parasti dēvē vienkārši par standarta modeli.

Līdzība ar Bose-Einšteina kondensātu

Līdzīgi kā Bozē-Einšteina kondensāti, fermi kondensāti koalescējas (saplūst vienā veselumā) ar daļiņām, kas tos veido. Gan Bozes-Einšteina kondensāti, gan Fermī kondensāti ir arī cilvēka radīti vielas stāvokļi. Daļiņām, kas veido šos matērijas stāvokļus, ir jābūt mākslīgi pārdzesētām, lai tām būtu tādas īpašības, kādas tām piemīt. Tomēr fermi kondensāti ir sasnieguši vēl zemāku temperatūru nekā Bose-Einšteina kondensāti. Turklāt abiem matērijas stāvokļiem nav viskozitātes, kas nozīmē, ka tie var plūst bez apstāšanās.

Hēlijs-3 un fermioni

Izveidot fermi kondensātu ir ļoti grūti. Fermioni ievēro izslēgšanas principu, un tie viens otru nepiesaista. Tie viens otru atgrūž. Džiņa un viņas pētnieku komanda atrada veidu, kā tos apvienot. Viņi pielāgoja un pielika magnētisko lauku antisociālajiem fermijoniem, tāpēc tie sāka zaudēt savas īpašības. Fermioni joprojām saglabāja daļu savu īpašību, bet uzvedās nedaudz kā bozoni. Izmantojot to, viņi varēja panākt, ka atsevišķi fermionu pāri atkal un atkal saplūst viens ar otru. Džina kundzei ir aizdomas, ka šis pāru savienošanās process ir tāds pats arī hēlijā-3, kas arī ir supertecīgs. Pamatojoties uz šo informāciju, viņi var izvirzīt hipotēzi (izdarīt pamatotu pieņēmumu), ka fermionu kondensāti plūst arī bez jebkādas viskozitātes.

Supravadītspēja un fermioniskie kondensāti

Vēl viena saistīta parādība ir supravadītspēja. Supravadītspējas gadījumā pāri elektroni var plūst ar 0 viskozitāti. Par supravadītspēju ir diezgan liela interese, jo tā varētu būt lētāks un tīrāks elektroenerģijas avots. To varētu izmantot arī, lai darbinātu levitējošus vilcienus un lidojošus automobiļus.

Taču tas var notikt tikai tad, ja zinātniekiem izdosies radīt vai atklāt materiālus, kas ir supravadītāji istabas temperatūrā. Patiesībā Nobela prēmija tiks piešķirta tam, kam izdosies radīt supravadītāju istabas temperatūrā. Pašlaik problēma ir tāda, ka zinātniekiem ir jāstrādā ar supravadītājiem aptuveni -135 °C temperatūrā. Tas ietver šķidrā slāpekļa un citu metožu izmantošanu, lai panāktu ārkārtīgi zemu temperatūru. Tas, protams, ir nogurdinošs darbs, tāpēc zinātnieki dod priekšroku supravadītājiem istabas temperatūrā. Džinas kundzes komanda uzskata, ka, aizvietojot pārī savienotos elektronus ar pārī savienotajiem fermijoniem, varētu iegūt supravadītāju istabas temperatūrā.

Supravadītspēja. Tas ir Meissnera efekts.