Co je fermionový kondenzát? Definice, vznik a objev Deborah Jin (2003)

Bosony a fermiony jsou subatomární částice (kousky hmoty menší než atom). Rozdíl mezi bosonem a fermionem spočívá v počtu elektronů, neutronů a/nebo protonů v atomu. Atom je složen z bosonů, pokud má sudý počet elektronů. Atom je složen z fermionů, pokud má lichý počet elektronů, neutronů a protonů. Příkladem bosonu je gluon. Příkladem fermionu by byl draslík-40, který Deborah Jin používá jako plynný oblak. Bosony mohou tvořit shluky a jsou k sobě přitahovány, zatímco fermiony shluky netvoří. Fermiony se obvykle vyskytují v přímých řetězcích, protože se navzájem odpuzují. Je to proto, že fermiony se řídí Pauliho vylučovacím principem, který říká, že se nemohou shromažďovat ve stejném kvantovém stavu.

Stejně jako Boseho-Einsteinovy kondenzáty i Fermiho kondenzáty koaleskují (srostou v jeden celek) s částicemi, které je tvoří. Boseho-Einsteinovy kondenzáty i Fermiho kondenzáty jsou rovněž stavy hmoty vytvořené člověkem. Částice, které tyto stavy hmoty tvoří, musí být uměle přechlazeny, aby měly takové vlastnosti, jaké mají. Fermiho kondenzáty však dosahují ještě nižších teplot než Boseho-Einsteinovy kondenzáty. Oba stavy hmoty také nemají žádnou viskozitu, což znamená, že mohou proudit bez zastavení.

Vytvoření Fermiho kondenzátu je velmi obtížné. Fermiony se řídí vylučovacím principem a vzájemně se nepřitahují. Vzájemně se odpuzují. Jin a její výzkumný tým našli způsob, jak je spojit dohromady. Upravili a aplikovali na antisociální fermiony magnetické pole, takže začaly ztrácet své vlastnosti. Fermiony si stále zachovaly část své povahy, ale chovaly se trochu jako bosony. Pomocí toho dokázali přimět oddělené dvojice fermionů, aby se navzájem spojovaly znovu a znovu. Paní Jin má podezření, že tento proces párování probíhá stejně i v heliu-3, které je rovněž supratekutým médiem. Na základě těchto informací mohou vyslovit hypotézu (učinit kvalifikovaný odhad), že fermionické kondenzáty budou také proudit bez jakékoliv viskozity.

Dalším souvisejícím jevem je supravodivost. Při supravodivosti mohou párové elektrony proudit s viskozitou 0. O supravodivost je poměrně velký zájem, protože může být levnějším a čistším zdrojem elektrické energie. Mohla by se také využít k pohonu levitujících vlaků a aut na vznášení.

To se však může stát pouze tehdy, pokud vědci vytvoří nebo objeví materiály, které jsou supravodiči při pokojové teplotě. Ve skutečnosti bude Nobelova cena udělena tomu, komu se podaří vyrobit supravodič při pokojové teplotě. V současné době je problém v tom, že vědci musí pracovat se supravodiči o teplotě kolem -135 °C. To zahrnuje použití kapalného dusíku a dalších metod k dosažení extrémně nízkých teplot. To je samozřejmě zdlouhavá práce, a proto vědci raději používají supravodiče při pokojové teplotě. Tým paní Jin se domnívá, že nahrazením párových elektronů párovými fermiony by vznikl supravodič pro pokojovou teplotu.