Fermionový kondenzát

Fermionický kondenzát neboli fermiho kondenzát je stav hmoty (supratekutá fáze), který je velmi podobný Boseho-Einsteinovu kondenzátu. Supertekutiny jsou také Boseho-Einsteinovy kondenzáty.

Jediný rozdíl je v tom, že Boseho-Einsteinovy kondenzáty se skládají z bosonů a jsou navzájem společenské (ve skupinách nebo shlucích). Fermiho kondenzáty jsou asociální (vůbec se nepřitahují). Toho je třeba dosáhnout uměle.

Tento stav byl zjištěn v prosinci 2003 Deborah Jin a její skupinou. Jinová pracovala pro Národní institut pro standardy a technologie na Coloradské univerzitě. Její tým vytvořil tento stav hmoty ochlazením mraku atomů draslíku-40 na méně než miliontinu °C nad absolutní nulu (-273,15 °C, což je hypotetická nejnižší hranice fyzikálních teplot). To je stejná teplota, jaká je potřebná k ochlazení hmoty na Boseho-Einsteinův kondenzát. Proces ochlazení plynu na kondenzát se nazývá kondenzace.

Deborah JinZoom
Deborah Jin

Albert Einstein, jeden ze dvou mužů, kteří ve 20. letech 20. století vyslovili hypotézu o Boseho-Einsteinově kondenzátu.Zoom
Albert Einstein, jeden ze dvou mužů, kteří ve 20. letech 20. století vyslovili hypotézu o Boseho-Einsteinově kondenzátu.

Satyendra Nath Bose, muž, který společně s Einsteinem přišel s myšlenkou Boseho-Einsteinova kondenzátu. Proslavil se také svou Boseho-Einsteinovou statistikou.Zoom
Satyendra Nath Bose, muž, který společně s Einsteinem přišel s myšlenkou Boseho-Einsteinova kondenzátu. Proslavil se také svou Boseho-Einsteinovou statistikou.

Rozdíl mezi fermiony a bosony

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.

Jedná se o standardní model elementárních částic, který se obvykle označuje jako standardní model.Zoom
Jedná se o standardní model elementárních částic, který se obvykle označuje jako standardní model.

Podobnost s Boseho-Einsteinovým kondenzátem

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.

Helium-3 a fermiony

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.

Supravodivost a fermionické kondenzáty

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.

Supravodivost. Jedná se o Meissnerův jev.Zoom
Supravodivost. Jedná se o Meissnerův jev.

Otázky a odpovědi

Otázka: Co je to fermionický kondenzát?


Odpověď: Fermionický kondenzát je stav hmoty, který je podobný Boseho-Einsteinovu kondenzátu, ale je tvořen fermiony místo bosonů.

Otázka: Čím se fermiové kondenzáty liší od Boseho-Einsteinových kondenzátů?


Odpověď: Fermiho kondenzáty jsou asociální a vzájemně se nepřitahují, zatímco Boseho-Einsteinovy kondenzáty jsou asociální a přitahují se do skupin nebo shluků.

Otázka: Mohou se Fermiho kondenzáty vyskytovat v přírodě?


Odpověď: Ne, Fermiho kondenzáty musí být vytvořeny uměle pomocí procesu kondenzace, stejného procesu, který se používá k vytvoření Boseho-Einsteinových kondenzátů.

Otázka: Kdo vytvořil první Fermiho kondenzát?


Odpověď: Deborah Jin a její tým z Národního institutu pro standardy a technologie na Coloradské univerzitě vytvořili první fermiho kondenzát v prosinci 2003.

Otázka: Při jaké teplotě byl vytvořen první Fermiho kondenzát?


Odpověď: První Fermiho kondenzát byl vytvořen ochlazením oblaku atomů draslíku-40 na teplotu nižší než miliontina °C nad absolutní nulou (-273,15 °C), což je stejná teplota, jaká je nutná k vytvoření Boseho-Einsteinova kondenzátu.

Otázka: Jak se nazývá proces ochlazování plynu na kondenzát?


Odpověď: Proces ochlazování plynu na kondenzát se nazývá kondenzace.

Otázka: Jsou supratekuté látky také Boseho-Einsteinovy kondenzáty?


Odpověď: Ano, supratekutiny jsou také Boseho-Einsteinovy kondenzáty, ale jsou tvořeny bosony místo fermionů.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3