Fermionisk kondensat

Forskellen mellem fermioner og bosoner

Bosoner og fermioner er subatomare partikler (dele af stof, der er mindre end et atom). Forskellen mellem en boson og en fermion er antallet af atomets elektroner, neutroner og/eller protoner. Et atom er sammensat af bosoner, hvis det har et lige antal elektroner. Et atom er sammensat af fermioner, hvis det har et ulige antal elektroner, neutroner og protoner. Et eksempel på en boson ville være en gluon. Et eksempel på en fermion er kalium-40, som Deborah Jin brugte som gassky. Bosoner kan danne klumper og tiltrækkes af hinanden, mens fermioner ikke danner klumper. Fermioner findes normalt i lige strenge, fordi de frastøder hinanden. Det skyldes, at fermioner adlyder Pauli-eksklusionsprincippet, som siger, at de ikke kan samles i samme kvantetilstand.

Dette er standardmodellen for elementarpartikler, som normalt blot kaldes standardmodellen.

Lighed med Bose-Einstein-kondensat

Ligesom Bose-Einstein-kondensater vil fermi-kondensater koalescere (vokse sammen til én enhed) med de partikler, som de består af. Bose-Einstein-kondensater og fermi-kondensater er også begge menneskeskabte stoftilstande. De partikler, der udgør disse stoftilstande, skal være kunstigt overkølede for at have de egenskaber, de har. Fermi-kondensater har dog nået endnu lavere temperaturer end Bose-Einstein-kondensater. Desuden har begge stoftilstande ingen viskositet, hvilket betyder, at de kan flyde uden at stoppe.

Helium-3 og fermioner

Det er meget vanskeligt at skabe et fermi-kondensat. Fermioner adlyder udelukkelsesprincippet, og de tiltrækkes ikke af hinanden. De frastøder hinanden. Jin og hendes forskerhold fandt en måde at smelte dem sammen på. De justerede og anvendte et magnetfelt på de antisociale fermioner, så de begyndte at miste deres egenskaber. Fermionerne beholdt stadig noget af deres karakter, men opførte sig lidt som bosoner. Ved hjælp af dette var de i stand til at få separate par fermioner til at smelte sammen igen og igen. Fru Jin har mistanke om, at denne parringsproces er den samme i Helium-3, som også er en superfluid. På baggrund af disse oplysninger kan de opstille en hypotese (lave et kvalificeret gæt) om, at fermioniske kondensater også vil flyde uden viskositet.

Superledelse og fermioniske kondensater

Et andet beslægtet fænomen er superledning. I superledning kan parrede elektroner flyde med 0 viskositet. Der er en vis interesse for superledning, da det kan være en billigere og renere kilde til elektricitet. Den kunne også bruges til at drive svævende tog og svævebiler.

Men det kan kun ske, hvis forskerne kan skabe eller opdage materialer, der er superledere ved stuetemperatur. Faktisk vil den, der formår at fremstille en superleder ved stuetemperatur, få en Nobelpris. Lige nu er problemet, at forskerne er nødt til at arbejde med superledere ved ca. -135 °C. Dette indebærer brug af flydende nitrogen og andre metoder til at lave ekstremt kolde temperaturer. Dette er naturligvis et besværligt arbejde, og derfor foretrækker forskerne at bruge superledere ved stuetemperatur. Fru Jins hold mener, at hvis man erstatter de parrede elektroner med parrede fermioner, vil det resultere i en superleder ved stuetemperatur.

Superledning. Dette er Meissner-effekten.