Fermioniskt kondensat

Skillnaden mellan fermioner och bosoner

Bosoner och fermioner är subatomära partiklar (bitar av materia som är mindre än en atom). Skillnaden mellan en boson och en fermion är antalet elektroner, neutroner och/eller protoner i atomen. En atom består av bosoner om den har ett jämnt antal elektroner. En atom består av fermioner om den har ett udda antal elektroner, neutroner och protoner. Ett exempel på en boson är en gluon. Ett exempel på en fermion är kalium-40, som Deborah Jin använde som gasmoln. Bosoner kan bilda klumpar och dras till varandra, medan fermioner inte bildar klumpar. Fermioner finns vanligtvis i raka strängar eftersom de stöter bort varandra. Detta beror på att fermioner lyder Pauli-exklusionsprincipen, som säger att de inte kan samlas i samma kvanttillstånd.

Detta är standardmodellen för elementarpartiklar, som vanligtvis kallas standardmodellen.

Likhet med Bose-Einstein-kondensat

Precis som Bose-Einstein-kondensat kommer fermi-kondensat att koalescera (växa samman till en enhet) med de partiklar som utgör dem. Bose-Einstein-kondensat och fermi-kondensat är också båda konstgjorda materiatillstånd. Partiklarna som bildar dessa materiatillstånd måste vara artificiellt underkylda för att få de egenskaper de har. Fermi-kondensat har dock nått ännu lägre temperaturer än Bose-Einstein-kondensat. Dessutom har båda materiatillstånden ingen viskositet, vilket innebär att de kan flyta utan att stanna.

Helium-3 och fermioner

Det är mycket svårt att skapa ett fermi-kondensat. Fermioner följer uteslutningsprincipen och dras inte till varandra. De stöter bort varandra. Jin och hennes forskargrupp hittade ett sätt att sammanfoga dem. De justerade och applicerade ett magnetfält på de antisociala fermionerna, så att de började förlora sina egenskaper. Fermionerna behöll fortfarande en del av sin karaktär, men betedde sig lite som bosoner. Med hjälp av detta kunde de få separata par fermioner att smälta samman med varandra om och om igen. Fru Jin misstänker att denna parningsprocess är densamma i Helium-3, som också är en superfluid. Utifrån denna information kan de ställa hypoteser (göra en kvalificerad gissning) om att fermioniska kondensat också kommer att flyta utan någon viskositet.

Supraledning och fermioniska kondensat

Ett annat relaterat fenomen är supraledning. I supraledning kan parade elektroner flöda utan viskositet. Intresset för supraledning är stort, eftersom det kan vara en billigare och renare källa till elektricitet. Den skulle också kunna användas för att driva svävande tåg och svävande bilar.

Men detta kan bara ske om forskarna kan skapa eller upptäcka material som är supraledare vid rumstemperatur. Den som lyckas skapa en supraledare i rumstemperatur kommer faktiskt att få Nobelpriset. Just nu är problemet att forskarna måste arbeta med supraledare vid cirka -135 °C. Detta innebär att man måste använda flytande kväve och andra metoder för att åstadkomma extremt kalla temperaturer. Detta är naturligtvis ett omständligt arbete, vilket är anledningen till att forskarna föredrar att använda supraledare vid rumstemperatur. Fru Jins grupp tror att om man ersätter de parade elektronerna med parade fermioner skulle man få en supraledare vid rumstemperatur.

Supraledning. Detta är Meissner-effekten.