Fermiyonik kondensat - Fermionic condensate
| Yoğun madde fiziği |
|---|
 |
| Aşamalar · Aşama geçişi · QCP |
Bir fermiyonik kondensat veya Fermi-Dirac kondensatı , düşük sıcaklıklarda fermiyonik partiküller tarafından oluşturulan bir süperakışkan fazdır . Benzer koşullar altında bozonik atomlar tarafından oluşturulan bir süperakışkan faz olan Bose-Einstein kondensatı ile yakından ilişkilidir . En erken tanınan fermiyonik kondensat , bir süperiletkendeki elektronların durumunu tanımladı ; fermiyonik atomlarla yapılan son çalışmaları içeren diğer örneklerin fiziği de benzerdir. İlk atomik fermiyonik kondensat, 2003 yılında Deborah S. Jin liderliğindeki bir ekip tarafından yaratıldı .
Arka fon
aşırı akışkanlık
Fermiyonik kondensatlar, Bose-Einstein kondensatlarından daha düşük sıcaklıklarda elde edilir. Fermiyonik kondensatlar bir tür süper akışkandır . Adından da anlaşılacağı gibi, bir süperakışkan, belirli bir şeklin olmaması ve uygulanan kuvvetlere tepki olarak akma yeteneği gibi sıradan sıvıların ve gazların sahip olduklarına benzer akışkan özelliklerine sahiptir . Bununla birlikte, süperakışkanlar, sıradan maddede görülmeyen bazı özelliklere sahiptir. Örneğin, herhangi bir enerjiyi - yani sıfır viskoziteyi - harcamadan yüksek hızlarda akabilirler . Daha düşük hızlarda, enerji, süperakışkanlığın bozulduğu ortamda "delikler" olarak hareket eden nicelenmiş girdapların oluşumuyla dağıtılır . Süperakışkanlık başlangıçta atomları fermiyon değil bozon olan sıvı helyum-4'te keşfedildi .
fermiyonik süperakışkanlar
Fermiyonik bir süperakışkan üretmek, bozonik olandan çok daha zordur, çünkü Pauli dışlama ilkesi , fermiyonların aynı kuantum durumunu işgal etmesini yasaklar . Bununla birlikte, fermiyonlardan bir süper akışkanın oluşturulabileceği iyi bilinen bir mekanizma vardır: Bu mekanizma, 1957'de J. Bardeen , LN Cooper ve R. Schrieffer tarafından süperiletkenliği tanımlamak için keşfedilen BCS geçişidir . Bu yazarlar, belirli bir sıcaklığın altında elektronların (fermiyonlar), şimdi Cooper çiftleri olarak bilinen bağlı çiftler oluşturmak üzere eşleşebileceğini gösterdi . Katının iyonik kafesiyle çarpışmalar Cooper çiftlerini kırmak için yeterli enerji sağlamadığı sürece elektron sıvısı dağılmadan akabilecektir. Sonuç olarak, bir süper akışkan ve içinden aktığı malzeme bir süper iletken olur.
BCS teorisi süperiletkenleri tanımlamada olağanüstü başarılıydı. BCS makalesinin yayınlanmasından kısa bir süre sonra, birkaç teorisyen, helyum-3 atomları gibi elektronlardan başka fermiyonlardan oluşan sıvılarda benzer bir fenomenin meydana gelebileceğini öne sürdü . Bu spekülasyonlar 1971'de DD Osheroff tarafından gerçekleştirilen deneyler helyum-3'ün 0,0025 K'nin altında bir süper akışkan haline geldiğini gösterdiğinde doğrulandı. Helyum-3'ün aşırı akışkanlığının BCS benzeri bir mekanizmadan kaynaklandığı kısa sürede doğrulandı.
İlk fermiyonik kondensatların oluşturulması
Tüm Eric Cornell ve Carl Wieman bir Bose-Einstein kondanse üretilen rubidyum atomu 1995, doğal BCS mekanizması ile bir süperakıskan oluşturacak fermiyonik atomu yapılmış kondensat benzer bir tür oluşturma olasılığı ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte, erken hesaplamalar, atomlarda Cooper eşleşmesi oluşturmak için gereken sıcaklığın elde edilemeyecek kadar soğuk olacağını gösterdi. 2001'de JILA'dan Murray Holland bu zorluğu aşmanın bir yolunu önerdi. Fermiyonik atomların, onları güçlü bir manyetik alana maruz bırakarak çiftleşmeye ikna edilebileceğini öne sürdü .
2003 yılında, Hollanda'nın öneri, çalışan Deborah Jin Jila de, Rudolf Grimm de Innsbruck Üniversitesi ve Wolfgang Ketterle de MİT moleküler bozonların yoğunlaşmasını, daha sonra hastaya Bose-Einstein yoğunlaşması oluşturan içine fermiyonik atomuna koaksiyel başardı. Ancak bu gerçek bir fermiyonik kondensat değildi. 16 Aralık 2003'te Jin, ilk kez fermiyonik atomlardan bir kondensat üretmeyi başardı. Deney , zamanla değişen bir manyetik alana maruz kalan 5×10 -8 K sıcaklığa soğutulmuş 500.000 potasyum -40 atomunu içeriyordu .
Örnekler
kiral kondensat
Bir kiral kondensat bir fermiyonik kondensatın bir örneği olduğunu ile kütlesiz fermiyonların teorilerine görünür kiral simetri gibi içinde kuark teorisi olarak kırılma, Kuantum Renk .
BCS teorisi
BCS teorisi ait süperiletkenlik bir fermiyon kondens vardır. Zıt dönüşlü bir metaldeki bir çift elektron , Cooper çifti adı verilen skaler bir bağlı durum oluşturabilir . Bağlı durumların kendileri daha sonra bir kondensat oluşturur. Cooper çiftinin elektrik yükü olduğundan , bu fermiyon yoğunlaşması , bir süperiletkenin elektromanyetik ayar simetrisini kırar ve bu tür durumların harika elektromanyetik özelliklerine yol açar.
QCD
Olarak kuantum (QCD) kiral kondensat olarak da adlandırılır kuark kondensatı . QCD vakumunun bu özelliği, kütlelerin hadronlara verilmesinden kısmen sorumludur ( gluon kondensatı gibi diğer kondensatlarla birlikte ).
N kuark aroması için kaybolan kuark kütlelerine sahip olan QCD'nin yaklaşık bir versiyonunda , teorinin tam bir kiral SU( N ) × SU( N ) simetrisi vardır. QCD vakum SU (bu simetri kırar K bir kuark kondensat oluşturarak). Böyle bir fermiyon kondensatının varlığı ilk olarak QCD'nin kafes formülasyonunda açıkça gösterilmiştir. Bu nedenle kuark yoğunlaşması, bu limitte kuark maddesinin birkaç fazı arasındaki geçişlerin bir sıra parametresidir .
Bu, BCS süperiletkenlik teorisine çok benzer . Cooper çiftleri benzerdir pseudoscalar mezonların . Ancak, vakum hiçbir ücret taşımaz. Bu nedenle, tüm ayar simetrileri kırılmamıştır. Kuarkların kütleleri için düzeltmeler, kiral pertürbasyon teorisi kullanılarak dahil edilebilir .
Helyum-3 aşırı akışkan
Bir helyum-3 atomu bir fermiyondur ve çok düşük sıcaklıklarda bozonik olan ve bir süperakışkan halinde yoğunlaşan iki atomlu Cooper çiftleri oluştururlar . Bu Cooper çiftleri, atomlar arası ayrılmadan önemli ölçüde daha büyüktür.
Ayrıca bakınız
Dipnotlar
Referanslar
Kaynaklar
- Guenault, Tony (2003). Temel süper akışkanlar . Taylor ve Francis . ISBN'si 978-0-7484-0892-4.
- "NIST / Colorado Üniversitesi bilim adamları, maddenin yeni bir formunu yaratıyor: Bir Fermiyonik kondensat" (Basın açıklaması). Colorado Üniversitesi. 28 Ocak 2004 Arşivlenen orijinal 7 Aralık 2006 tarihinde.
- Rodgers, Peter; Dume, Bell (28 Ocak 2004). "Fermiyonik kondensat ilk çıkışını yapıyor" . Fizik Dünyası . 29 Haziran 2019'da alındı .</ref>
- Hägler, Doktora (2010). "Kafes kuantum renk dinamiğinden Hadron yapısı". Fizik Raporları . 490 (3–5): 49–175. arXiv : 0912.5483 . doi : 10.1016/j.physrep.2009.12.08 . ISSN 0370-1573 .