Τα εξαιρετικά ψυχρά φερμιονικά αέρια εισέρχονται σε νέα φάση

Από σελίδα του Physics Web, 12 Δεκεμβρίου 2002

Οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει το πρώτο φερμιονικό αέριο ατόμων που αφενός αλληλεπιδρά έντονα και αφετέρου είναι ιδιαίτερα εκφυλισμένο. Ο John  Thomas και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο του Duke στις ΗΠΑ σκέφτονται ότι το αέριο αυτό θα μπορούσε να είναι ένας νέος τύπος υπερρευστού λόγω των ασυνήθιστων χαρακτηριστικών διαστολής του - δείτε το σχήμα (K M O'Hara et al. 2002 Science 298 2179).

Γνωρίζουμε ότι όλα τα άτομα είναι είτε φερμιόνια -- σωματίδια που έχουν ένα κβαντικό σπιν ημιακέραιο αριθμό 1/2, 3/2, 5/2 κλπ -- είτε μποζόνια, τα οποία έχουν σπιν ακέραιους αριθμούς. Τα φερμιόνια υπακούουν στην απαγορευτική αρχή του Pauli, που σημαίνει ότι δύο όμοια φερμιόνια δεν μπορούν να καταλάβουν την ίδια κβαντική κατάσταση. Επομένως, εάν ένα φερμιονικό αέριο θα μπορούσε να ψυχθεί στο απόλυτο μηδέν, τα άτομα θα συμπλήρωναν όλα τα διαθέσιμα επίπεδα ενέργειας μέχρι ένα επίπεδο που είναι γνωστό ως Θερμοκρασία Φέρμι. Εάν όλα ή τα περισσότερα από αυτά τα επίπεδα είναι κατειλημμένα τότε το αέριο θεωρείται  εκφυλισμένο.

Η απαγορευτική αρχή του Pauli αποτρέπει επίσης τα ίδια άτομα από το να πλησιάσουν το ένα το άλλο πολύ. Εντούτοις, εάν τα άτομα μπορούν να τοποθετηθούν σε διαφορετικές εσωτερικές καταστάσεις, τότε η απαγορευτική αρχή δεν ισχύει. Ο Thomas και οι συνάδελφοι επομένως έψυξαν ένα αέριο στο οποίο τα μισά από τα άτομα του Λιθίου-6 ήταν στην χαμηλότερη υπέρλεπτη κατάσταση, και τα άλλα μισά ήταν στη δεύτερη χαμηλότερη υπέρλεπτη κατάσταση. Τα άτομα σε διαφορετικές εσωτερικές καταστάσεις μπορούν να προσεγγίσουν το ένα το άλλο  κατ' ασυνήθιστο τρόπο κοντά, με την παρουσία ενός εφαρμοζόμενου μαγνητικού πεδίου.

Οι φυσικοί έχουν προβλέψει ότι ένα φερμιονικό αέριο ατόμων θα μπορούσε να γίνει υπερρευστό -- με άλλα λόγια, θα μπορούσε να ρεύσει χωρίς τριβή -- σε θερμοκρασίες χαμηλότερες από τη θερμοκρασία Fermi. Σε ένα υπερρευστό, τα άτομα σε σχετικά μεγάλες αποστάσεις είναι μεταξύ τους "κλειδωμένα" και συμπεριφέρονται ως ένα ενιαίο κβαντικό σύστημα. Εάν το λίθιο-6 είναι υπερρευστό, λέει ο Thomas αυτό είναι ένα ειδικού τύπου υπερρευστό, που θα ήταν ανάλογο με έναν πολύ υψηλής θερμοκρασίας υπεραγωγό.

"Η πολύ ισχυρή έλξη στο ατομικό μας σύστημα οδηγεί σε ένα ιδιαίτερα ισχυρό κλείδωμα των ζευγών των ατόμων. Με αυτό τον τρόπο τα άτομά μας συμπεριφέρονται όπως ένας υπεραγωγός", αναφέρει ο Thomas . Η υπεραγωγιμότητα -- η ροή  ρευμάτων χωρίς αντίσταση -- προκύπτει από την αλληλοσύνδεση μαζί των ζευγών ηλεκτρονίων.

Η επιστημονική ομάδα ελπίζει τώρα σαφώς να καθορίσει ότι έχουν παρατηρήσει την υπέρρευστη συμπεριφορά στο σύστημα τους. Προγραμματίζουν επίσης να εκτελέσουν περαιτέρω πειράματα για να μελετήσουν τη γενική συμπεριφορά των φερμιονικών αερίων που θα αλληλεπιδρούν έντονα μεταξύ τους.

Δείτε και τα σχετικά άρθρα
Επιστήμονες παρατηρούν ιδιόρρυθμο αέριο.
Ενδιαφέρουσες ιστοσελίδες
Duke Physics, The Quantum Optic Laboratory
A Fermi gas of atoms
Home