Fermionski kondenzat
Fermionski kondenzat ali fermijev kondenzat je stanje snovi (superfluidna faza), ki je zelo podobno Bose-Einsteinovemu kondenzatu. Superfluidi so tudi Bose-Einsteinovi kondenzati.
Razlika je le v tem, da so Bose-Einsteinovi kondenzati sestavljeni iz bozonov in se med seboj družijo (v skupinah ali skupkih). Fermijevi kondenzati so antisocialni (sploh se ne privlačijo med seboj). To je treba narediti umetno.
To stanje so decembra 2003 ugotovili Deborah Jin in njena skupina. Jin je delala za Nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo na Univerzi v Koloradu. Njena skupina je to stanje snovi ustvarila tako, da je oblak atomov kalija-40 ohladila na manj kot milijoninko °C nad absolutno ničlo (-273,15 °C, to je hipotetična najnižja meja fizikalnih temperatur). To je enaka temperatura, kot je potrebna za ohladitev snovi do Bose-Einsteinovega kondenzata. Postopek ohlajanja plina v kondenzat se imenuje kondenzacija.
Deborah Jin
Albert Einstein, eden od dveh mož, ki sta v dvajsetih letih prejšnjega stoletja postavila hipotezo o Bosejevih-Einsteinovih kondenzatih.
Satyendra Nath Bose, ki je skupaj z Einsteinom prišel do ideje o Bose-Einsteinovih kondenzatih. Znan je tudi po svoji Bose-Einsteinovi statistiki.
Razlika med fermioni in bozoni
Bosoni in fermioni so subatomski delci (delci snovi, manjši od atoma). Razlika med bozonom in fermionom je v številu elektronov, nevtronov in/ali protonov v atomu. Atom je sestavljen iz bozonov, če ima sodo število elektronov. Atom je sestavljen iz fermionov, če ima liho število elektronov, nevtronov in protonov. Primer bozona je gluon. Primer fermiona je kalij-40, ki ga je Deborah Jin uporabil kot plinski oblak. Bozoni lahko tvorijo skupke in se med seboj privlačijo, medtem ko fermioni ne tvorijo skupkov. Fermione običajno najdemo v ravnih nizih, saj se med seboj odbijajo. Fermioni namreč upoštevajo Paulijevo izključitveno načelo, ki pravi, da se ne morejo zbrati v istem kvantnem stanju.
To je standardni model elementarnih delcev, ki ga običajno imenujemo samo standardni model.
Podobnost z Bose-Einsteinovim kondenzatom
Tako kot Bose-Einsteinovi kondenzati bodo tudi Fermijevi kondenzati koalescirali (zrasli v eno celoto) z delci, ki jih sestavljajo. Bose-Einsteinovi kondenzati in Fermijevi kondenzati so tudi stanja snovi, ki jih je ustvaril človek. Delci, ki tvorijo ta stanja snovi, morajo biti umetno ohlajeni, da imajo takšne lastnosti, kot jih imajo. Vendar so fermijevi kondenzati dosegli še nižje temperature kot Bose-Einsteinovi kondenzati. Prav tako obe stanji snovi nimata viskoznosti, kar pomeni, da lahko tečeta, ne da bi se ustavila.
Helij-3 in fermioni
Ustvariti fermijev kondenzat je zelo težko. Fermioni upoštevajo izključitveno načelo in se med seboj ne privlačijo. Med seboj se odbijajo. Jin in njena raziskovalna skupina sta našla način, kako jih združiti. Prilagodili in uporabili so magnetno polje na nesorodnih fermionih, tako da so ti začeli izgubljati svoje lastnosti. Fermioni so še vedno ohranili nekaj svojih lastnosti, vendar so se obnašali nekoliko kot bozoni. S pomočjo tega so lahko ločene pare fermionov vedno znova združili med seboj. Gospa Jin sumi, da je ta proces združevanja enak v heliju-3, ki je prav tako superfluid. Na podlagi teh informacij lahko domnevata (ugibata), da bodo tudi fermionski kondenzati tekli brez kakršne koli viskoznosti.
Superprevodnost in fermionski kondenzati
Drug povezan pojav je superprevodnost. Pri superprevodnosti lahko parni elektroni tečejo z viskoznostjo 0. Za superprevodnost je kar nekaj zanimanja, saj je lahko cenejši in čistejši vir električne energije. Uporabila bi se lahko tudi za pogon levitirajočih vlakov in avtomobilov na zračni blazini.
Vendar se to lahko zgodi le, če znanstveniki ustvarijo ali odkrijejo materiale, ki so superprevodniki pri sobni temperaturi. Pravzaprav bo Nobelova nagrada podeljena tistemu, ki mu bo uspelo izdelati superprevodnik pri sobni temperaturi. Trenutno je težava v tem, da morajo znanstveniki delati s superprevodniki pri temperaturi okoli -135 °C. To vključuje uporabo tekočega dušika in drugih metod za doseganje izjemno nizkih temperatur. To je seveda naporno delo, zato znanstveniki raje uporabljajo superprevodnike pri sobni temperaturi. Ekipa gospe Jin meni, da bi zamenjava parnih elektronov s parnimi fermioni omogočila nastanek superprevodnika pri sobni temperaturi.
Superprevodnost. To je Meissnerjev učinek.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je fermionski kondenzat?
O: Fermionski kondenzat je stanje snovi, ki je podobno Bosejevemu-Einsteinovemu kondenzatu, vendar ga namesto bozonov sestavljajo fermioni.
V: Kako se fermi kondenzati razlikujejo od Bose-Einsteinovih kondenzatov?
O: Fermijevi kondenzati so nesocialni in se ne privlačijo, medtem ko so Bose-Einsteinovi kondenzati socialni in se privlačijo v skupine ali gruče.
V: Ali se Fermijevi kondenzati lahko pojavijo v naravi?
O: Ne, Fermijeve kondenzate je treba ustvariti umetno s postopkom kondenzacije, ki je enak postopku za ustvarjanje Bosejevih-Einsteinovih kondenzatov.
V: Kdo je ustvaril prvi fermijev kondenzat?
O: Deborah Jin in njena ekipa na Nacionalnem inštitutu za standarde in tehnologijo Univerze v Koloradu so decembra 2003 ustvarili prvi fermijev kondenzat.
V: Pri kakšni temperaturi je bil ustvarjen prvi fermijev kondenzat?
O: Prvi fermijev kondenzat je bil ustvarjen s hlajenjem oblaka atomov kalija-40 na manj kot milijoninko °C nad absolutno ničlo (-273,15 °C), kar je enaka temperatura, kot je potrebna za ustvarjanje Bose-Einsteinovega kondenzata.
V: Kako se imenuje postopek ohlajanja plina v kondenzat?
O: Proces ohlajanja plina v kondenzat se imenuje kondenzacija.
V: Ali so tudi supertekočine Bose-Einsteinovi kondenzati?
O: Da, tudi superfluidi so Bose-Einsteinovi kondenzati, vendar so sestavljeni iz bozonov namesto fermionov.
