Фермионен кондензат
Фермионният кондензат или кондензатът на Ферми е състояние на материята (свръхфлуидна фаза), което е много подобно на кондензата на Бозе-Айнщайн. Свръхфлуидите също са кондензати на Бозе-Айнщайн.
Единствената разлика е, че кондензатите на Бозе-Айнщайн се състоят от бозони и са социални помежду си (в групи или струпвания). Кондензатите на Ферми са антисоциални (те изобщо не се привличат помежду си). Това трябва да се постигне по изкуствен начин.
Това състояние на материята е установено през декември 2003 г. от Дебора Джин и нейната група. Джин работи в Националния институт за стандарти и технологии към Университета на Колорадо. Нейният екип създаде това състояние на материята, като охлади облак от атоми на калий-40 до по-малко от една милионна част от температурата над абсолютната нула (-273,15 °C, това е хипотетичната най-ниска граница на физичните температури). Това е същата температура, която е необходима за охлаждане на материята до Бозе-Айнщайнов кондензат. Процесът на охлаждане на газ до кондензат се нарича кондензация.
Дебора Джин
Алберт Айнщайн, един от двамата мъже, които през 20-те години на миналия век изказват хипотезата за кондензатите на Бозе-Айнщайн.
Сатиендра Натх Бозе, човекът, който работи с Айнщайн, за да стигне до идеята за кондензатите на Бозе-Айнщайн. Известен е и със своята статистика на Бозе-Айнщайн.
Разлика между фермиони и бозони
Бозоните и фермионите са субатомни частици (частици материя, по-малки от атом). Разликата между бозона и фермиона е в броя на електроните, неутроните и/или протоните в атома. Атомът е съставен от бозони, ако има четен брой електрони. Атомът е съставен от фермиони, ако има нечетен брой електрони, неутрони и протони. Пример за бозон е глюонът. Пример за фермион е калий-40, който Дебора Джин използва като газов облак. Бозоните могат да образуват струпвания и се привличат един към друг, докато фермионите не образуват струпвания. Фермионите обикновено се намират в прави нишки, защото се отблъскват един от друг. Това е така, защото фермионите се подчиняват на принципа на изключване на Паули, който гласи, че те не могат да се събират заедно в едно и също квантово състояние.
Това е стандартният модел на елементарните частици, обикновено наричан просто стандартен модел.
Сходство с кондензата на Бозе-Айнщайн
Подобно на кондензатите на Бозе-Айнщайн, кондензатите на Ферми ще се коалират (ще се слеят в едно цяло) с частиците, които ги съставляват. Кондензатите на Бозе-Айнщайн и кондензатите на Ферми също са състояния на материята, създадени от човека. Частиците, които изграждат тези състояния на материята, трябва да бъдат изкуствено преохладени, за да имат свойствата, които притежават. Кондензатите на Ферми обаче са достигнали дори по-ниски температури от кондензатите на Бозе-Айнщайн. Освен това и двете състояния на материята нямат вискозитет, което означава, че могат да текат, без да спират.
Хелий-3 и фермиони
Създаването на кондензат на Ферми е много трудно. Фермионите се подчиняват на принципа на изключването и не се привличат един към друг. Те се отблъскват взаимно. Джин и нейният изследователски екип са намерили начин да ги слеят заедно. Те нагласили и приложили магнитно поле върху антисоциалните фермиони, така че те започнали да губят свойствата си. Фермионите все още запазвали част от характера си, но се държали малко като бозони. Използвайки това, те успели да накарат отделни двойки фермиони да се сливат помежду си отново и отново. Г-жа Джин подозира, че този процес на сдвояване е същият и в хелий-3, който също е свръхфлуид. Въз основа на тази информация те могат да изкажат хипотеза (да направят обосновано предположение), че фермионните кондензати също ще текат без никакъв вискозитет.
Свръхпроводимост и фермионни кондензати
Друго свързано явление е свръхпроводимостта. При свръхпроводимостта сдвоените електрони могат да текат с вискозитет 0. Интересът към свръхпроводимостта е доста голям, тъй като тя може да бъде по-евтин и по-чист източник на електроенергия. Тя може да се използва и за захранване на левитиращи влакове и коли на въздушна възглавница.
Но това може да стане само ако учените успеят да създадат или открият материали, които са свръхпроводници при стайна температура. Всъщност Нобелова награда ще бъде присъдена на този, който успее да създаде свръхпроводник при стайна температура. В момента проблемът е, че учените трябва да работят със свръхпроводници при температура около -135 °C. Това включва използването на течен азот и други методи за постигане на изключително ниски температури. Това, разбира се, е досадна работа, поради което учените предпочитат да използват свръхпроводници при стайна температура. Екипът на г-жа Джин смята, че замяната на сдвоените електрони със сдвоени фермиони ще доведе до свръхпроводник при стайна температура.
Свръхпроводимост. Това е ефектът на Майснер.
Въпроси и отговори
В: Какво е фермионен кондензат?
О: Фермионният кондензат е състояние на материята, което е подобно на Бозе-Айнщайновия кондензат, но е съставено от фермиони вместо от бозони.
В: По какво се различават фермионовите кондензати от кондензатите на Бозе-Айнщайн?
О: Кондензатите на Ферми са антисоциални и не се привличат взаимно, докато кондензатите на Бозе-Айнщайн са социални и се привличат на групи или струпвания.
В: Могат ли кондензатите на Ферми да се появят в природата?
О: Не, кондензатите на Ферми трябва да се създадат изкуствено чрез процеса на кондензация, същият процес, който се използва за създаване на кондензатите на Бозе-Айнщайн.
В: Кой е създал първия кондензат на Ферми?
О: Дебора Джин и нейният екип от Националния институт за стандарти и технологии към Университета на Колорадо създадоха първия кондензат на Ферми през декември 2003 г.
В: Каква е температурата, при която е създаден първият кондензат на Ферми?
О: Първият кондензат на Ферми беше създаден чрез охлаждане на облак от атоми на калий-40 до по-малко от една милионна част от температурата над абсолютната нула (-273,15 °C) - същата температура, която е необходима за създаването на кондензат на Бозе-Айнщайн.
Въпрос: Как се нарича процесът на охлаждане на газ в кондензат?
О: Процесът на охлаждане на газ в кондензат се нарича кондензация.
Въпрос: Свръхфлуидите също ли са кондензати на Бозе-Айнщайн?
О: Да, свръхфлуидите също са кондензати на Бозе-Айнщайн, но са съставени от бозони вместо от фермиони.
