Fermiyonik kondensat
Fermiyonik kondensat ya da fermi kondensatı, Bose-Einstein kondensatına çok benzeyen bir madde halidir (süper akışkan faz). Süper akışkanlar aynı zamanda Bose-Einstein yoğuşmalarıdır.
Tek fark, Bose-Einstein yoğuşmalarının bozonlardan oluşması ve birbirleriyle sosyal olmalarıdır (gruplar ya da kümeler halinde). Fermi yoğuşmaları ise anti-sosyaldir (birbirlerini hiç çekmezler). Bunun yapay olarak yapılması gerekir.
Bu durum Aralık 2003'te Deborah Jin ve grubu tarafından gerçekleştirilmiştir. Jin, Colorado Üniversitesi'ndeki Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nde çalışıyordu. Ekibi maddenin bu halini potasyum-40 atomlarından oluşan bir bulutu mutlak sıfırın (-273.15 °C, bu fiziksel sıcaklıkların varsayımsal en düşük sınırıdır) milyonda bir °C'den daha azına kadar soğutarak yarattı. Bu, maddeyi Bose-Einstein yoğunlaşmasına kadar soğutmak için gereken sıcaklıkla aynıdır. Bir gazı yoğuşma haline soğutma işlemine yoğuşma denir.
Deborah Jin
Albert Einstein, 1920'lerde Bose-Einstein yoğuşmaları hakkında hipotez kuran iki kişiden biri.
Satyendra Nath Bose, Einstein ile birlikte çalışarak Bose-Einstein yoğuşmaları fikrini ortaya atan kişi. Bose-Einstein istatistikleri ile de ünlüdür.
Fermiyonlar ve bozonlar arasındaki fark
Bozonlar ve fermiyonlar atom altı parçacıklardır (bir atomdan daha küçük madde parçaları). Bir bozon ile bir fermiyon arasındaki fark, atomun elektron, nötron ve/veya proton sayısıdır. Bir atom çift sayıda elektrona sahipse bozonlardan oluşur. Bir atom tek sayıda elektron, nötron ve protona sahipse fermiyonlardan oluşur. Bir bozon örneği bir gluon olabilir. Fermiyona örnek olarak da Deborah Jin'in gaz bulutu olarak kullandığı potasyum-40 verilebilir. Bozonlar kümeler oluşturabilir ve birbirlerini çekerler, oysa fermiyonlar kümeler oluşturmazlar. Fermiyonlar genellikle düz sicimlerde bulunurlar çünkü birbirlerini iterler. Bunun nedeni fermiyonların aynı kuantum durumunda bir araya gelemeyeceklerini belirten Pauli dışlama ilkesine uymalarıdır.
Bu, temel parçacıkların standart modelidir ve genellikle sadece Standart Model olarak adlandırılır.
Bose-Einstein yoğuşmasına benzerlik
Bose-Einstein yoğuşmaları gibi, fermi yoğuşmaları da kendilerini oluşturan parçacıklarla birleşecektir (tek bir varlık haline gelecektir). Bose-Einstein yoğuşmaları ve fermi yoğuşmaları da maddenin insan yapımı halleridir. Maddenin bu hallerini oluşturan parçacıklar, sahip oldukları özelliklere sahip olmak için yapay olarak aşırı soğutulmalıdır. Bununla birlikte, fermi yoğunlaşmaları Bose-Einstein yoğunlaşmalarından bile daha düşük sıcaklıklara ulaşmıştır. Ayrıca, maddenin her iki halinin de viskozitesi yoktur, bu da durmadan akabilecekleri anlamına gelir.
Helyum-3 ve fermiyonlar
Bir fermi yoğuşması yaratmak çok zordur. Fermiyonlar dışlama ilkesine uyarlar ve birbirlerini çekmezler. Birbirlerini iterler. Jin ve araştırma ekibi onları bir araya getirmenin bir yolunu buldu. Anti-sosyal fermiyonlara manyetik bir alan ayarladılar ve uyguladılar, böylece özelliklerini kaybetmeye başladılar. Fermiyonlar hala karakterlerinin bir kısmını koruyorlardı ama biraz bozon gibi davranıyorlardı. Bunu kullanarak, ayrı fermiyon çiftlerinin birbirleriyle tekrar tekrar birleşmesini sağlayabildiler. Bayan Jin, bu eşleşme sürecinin bir süperakışkan olan Helyum-3'te de aynı olduğundan şüpheleniyor. Bu bilgiye dayanarak, fermiyonik yoğuşmaların da herhangi bir viskozite olmadan akacağını varsayabilirler (eğitimli bir tahmin yapabilirler).
Süperiletkenlik ve fermiyonik kondensatlar
İlgili bir başka olgu da süper iletkenliktir. Süper iletkenlikte, eşleşmiş elektronlar 0 viskozite ile akabilir. Daha ucuz ve daha temiz bir elektrik kaynağı olabileceği için süper iletkenliğe oldukça ilgi vardır. Ayrıca havalanan trenlere ve uçan arabalara güç sağlamak için de kullanılabilir.
Ancak bu ancak bilim insanları oda sıcaklığında süper iletken olan malzemeler yaratabilir veya keşfedebilirse gerçekleşebilir. Aslında Nobel Ödülü, oda sıcaklığında süper iletken yapmayı başaran kişiye verilecektir. Şu anda sorun, bilim insanlarının -135 °C civarında süper iletkenlerle çalışmak zorunda olmalarıdır. Bu da aşırı soğuk sıcaklıklar elde etmek için sıvı nitrojen ve diğer yöntemlerin kullanılmasını gerektiriyor. Bu elbette sıkıcı bir iş, bu yüzden bilim insanları süper iletkenleri oda sıcaklığında kullanmayı tercih ediyor. Bayan Jin'in ekibi, eşleşmiş elektronları eşleşmiş fermiyonlarla değiştirmenin oda sıcaklığında bir süper iletkenle sonuçlanacağını düşünüyor.
Süperiletkenlik. Bu Meissner Etkisi'dir.
Sorular ve Yanıtlar
S: Fermiyonik kondensat nedir?
C: Fermiyonik kondensat, Bose-Einstein kondensatına benzeyen, ancak bozonlar yerine fermiyonlardan oluşan bir madde halidir.
S: Fermi kondensatların Bose-Einstein kondensatlarından farkı nedir?
C: Fermi yoğuşmaları anti-sosyaldir ve birbirlerini çekmezler, Bose-Einstein yoğuşmaları ise sosyaldir ve birbirlerini gruplar veya kümeler halinde çekerler.
S: Fermi yoğuşmaları doğal olarak oluşabilir mi?
C: Hayır, fermi yoğuşuklarının Bose-Einstein yoğuşuklarını yaratmak için kullanılan aynı süreç olan yoğunlaşma süreci yoluyla yapay olarak yaratılması gerekir.
S: İlk fermi yoğuşmasını kim yarattı?
C: Deborah Jin ve Colorado Üniversitesi Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'ndeki ekibi Aralık 2003'te ilk fermi yoğuşmasını yarattı.
S: İlk fermi yoğuşmasının yaratıldığı sıcaklık neydi?
C: İlk fermi yoğuşması, potasyum-40 atomlarından oluşan bir bulutun mutlak sıfırın (-273.15°C) milyonda birinden daha düşük bir sıcaklığa kadar soğutulmasıyla yaratıldı; bu sıcaklık Bose-Einstein yoğuşması yaratmak için gereken sıcaklıkla aynıdır.
S: Bir gazı yoğuşma haline soğutma işlemine ne denir?
C: Bir gazı yoğuşma haline soğutma işlemine yoğuşma denir.
S: Süper akışkanlar da Bose-Einstein yoğuşması mıdır?
C: Evet, süper akışkanlar da Bose-Einstein yoğuşmalarıdır, ancak fermiyonlar yerine bozonlardan oluşurlar.
