تبیان، دستیار زندگی
بوزون ها می توانند همگی در یک تراز انرژی قرار گیرند. به طور کلی اگر مجموع تعداد الکترون ها + پروتون ها + نوترون های یک اتم، عددی زوج باشد، آن اتم یک بوزون است. مثلا اتم های سدیم معمولی بوزون اند و می توانند به حالت فاز چگال بوز انیشتین با هم ترکیب شوند ..
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

فرمیون و بوزون

فرمیون ها و بوزون ها

در مطلب قبلی با خصوصیات کلی حالت های جدید ماده آشنا شدیم . در این مطلب به ادامه این بحث می پردازیم.

وجود ماده چگال فرمیونی همانند ماده چگال بوز انیشتین از سال ها قبل پیش بینی شده بود و خواص آن محاسبه شده بود؛ اما رسیدن به دمای نزدیک صفر مطلق که برای تشکیل این ماده لازم است، تا کشف این ماده ممکن نشده بود. هر دو نوع این مواد چگال از فرو رفتن اتم ها در دماهای بسیار پایین ساخته می شوند.

فرمیون ها و بوزون ها

تصویری از یک حلقه بوز انیشتین در طول زمان

اتم های BEC بوزون اند و اتم های ماده چگال فرمیونی، فرمیون. اما این ها به چه معنی اند؟

فرمیون ها و بوزون ها

فرمیون ها و بوزون ها در دماهای نزدیک صفر مطلق

بوزون ها می توانند همگی در یک تراز انرژی قرار گیرند. به طور کلی اگر مجموع تعداد الکترون ها + پروتون ها + نوترون های یک اتم، عددی زوج باشد، آن اتم یک بوزون است. مثلا اتم های سدیم معمولی بوزون اند و می توانند به حالت فاز چگال بوز انیشتین با هم ترکیب شوند.

اما فرمیون ها مطابق اصل طرد پائولی نمی توانند در یک حالت کوانتومی ادغام شوند. پاسخ این تفاوت های حالت های ماده را می توان در عواملی مانند اسپین یافت. هر اتمی که تعداد الکترون ها + پروتون ها + نوترون هایش عددی فرد باشد؛ مانند پتاسیم ٤٠ ، یک فرمیون است.

فرمیون ها و بوزون ها

تفاوت اسپین بوزون ها و فرمیون ها

گروه دانشمندان کاشف فرمیون ها برای مقابله با خواص ویژه فرمیون ها از تأثیر میدان مغناطیسی بر آن ها استفاده کردند. میدان مغناطیسی باعث می شود فرمیون ها جفت شوند. قدرت این پیوند را میدان مغناطیسی تعیین می کند. با اعمال میدان، جفت های اتم های پتاسیم برخی از خواص فرمیونی خود را حفظ می کنند ولی کمی شبیه به بوزون ها عمل خواهند کرد. یک جفت فرمیون می توانند در جفت دیگر ادغام شده و جفت تازه در جفتی دیگر و به همین ترتیب کار ادامه می یابد تا زمانی که ماده چگال فرمیونی شکل گیرد.

در این پدیده، ویسکوزیته ماده به وجود آمده باید بسیار کم باشد. مشابه این پدیده را در ابر رسانایی می بینیم. در یک ابررسانا جفت الکترون ها (الکترون ها فرمیون اند) می توانند بدون هیچ مقاومتی جریان یابند. متأسفانه دسترسی به ابررساناها بسیار مشکل است. گرم ترین ابررسانای امروزی باید در دمای -١٣٥  درجه سانتی گراد عمل کند و این بزرگ ترین مشکل برای استفاده از آن هاست. قدرت جفت شدن شگفت انگیز در حالت جدید، دانشمندان را امیدوار کرده است که بتوانند یافته های خود درباره حالت تازه ماده برای تولید ابر رساناها در دمای اتاق استفاده کنند.

فرمیون ها و بوزون ها

حرکت ژیروسکوپ

ابر رساناها کاربردهای فراوانی در علوم و فنون فضایی دارند. برای مثال، ژیروسکوپ هایی که برای هدایت فضاپیماها در مدار استفاده می شوند، با آهن ربای ابررسانا بسیار دقیق تر کار می کنند(ژیروسکوپ وسیله ای است که برای اندازه گیری یا حفظ جهت بر اساس اندازه حرکت زاویه ای کار می کند). همچنین ابررساناها می توانند حامل جریان های بیش تر در اندازه های کوچک تری نسبت به یک سیم مسی باشند، حجم موتورهایی که از آن ها ساخته می شود، ٤ تا ٦ برابر کوچک تر از موتورهای امروزی فضاپیماها خواهد بود.

برگرفته از مجله اطلاعات علمی


تنظیم و فراوری: آلچالانلو