Condensato chirale

Differenza tra fermioni e bosoni

Bosoni e fermioni sono particelle subatomiche (bit di materia più piccoli di un atomo). La differenza tra un bosone e un fermione è il numero di elettroni, neutroni e/o protoni dell'atomo. Un atomo è composto da bosoni se ha un numero pari di elettroni. Un atomo è composto da fermioni se ha un numero dispari di elettroni, neutroni e protoni. Un esempio di un bosone sarebbe un gluone. Un esempio di fermione sarebbe il potassio-40, che è quello che Deborah Jin ha usato come nube di gas. I bosoni possono formare grumi e sono attratti l'uno dall'altro, mentre i fermioni non formano grumi. I fermioni si trovano di solito in corde diritte perché si respingono l'un l'altro. Questo perché i fermioni obbediscono al principio di esclusione di Pauli, che stabilisce che non possono riunirsi nello stesso stato quantico.

Questo è il modello standard delle particelle elementari, solitamente denominato solo Modello Standard.

Somiglianza con il condensato di Bose-Einstein

Come i condensati di Bose-Einstein, i condensati di fermi si fonderanno (crescono insieme in un'unica entità) con le particelle che li compongono. Anche i condensati di Bose-Einstein e i condensati di fermi sono entrambi stati artificiali della materia. Le particelle che creano questi stati di materia devono essere super raffreddate artificialmente, per avere le proprietà che hanno. Tuttavia, i condensati di fermi hanno raggiunto temperature ancora più basse rispetto ai condensati di Bose-Einstein. Inoltre, entrambi gli stati della materia non hanno viscosità, il che significa che possono fluire senza fermarsi.

Elio 3 e fermioni

Creare un condensato di fermi è molto difficile. I fermioni obbediscono al principio di esclusione e non sono attratti l'uno dall'altro. Si respingono l'un l'altro. Jin e il suo team di ricerca hanno trovato un modo per fonderli insieme. Hanno regolato e applicato un campo magnetico sui fermioni antisociali, così hanno iniziato a perdere le loro proprietà. I fermioni mantenevano ancora parte del loro carattere, ma si comportavano un po' come i bosoni. Usando questo, sono stati in grado di fare in modo che coppie separate di fermioni si fondessero tra loro più e più volte. La signora Jin sospetta che questo processo di accoppiamento sia lo stesso nell'Elio-3, anch'esso un superfluo. Sulla base di queste informazioni, possono ipotizzare (fare un'ipotesi colta) che anche i condensati fermionici scorreranno senza alcuna viscosità.

Superconduttività e condensazione fermionica

Un altro fenomeno correlato è la superconduttività. Nella superconduttività, gli elettroni accoppiati possono fluire con viscosità 0. C'è un certo interesse per la superconduttività, in quanto può essere una fonte di elettricità più economica e più pulita. Potrebbe anche essere usata per alimentare treni a levitazione e auto a sospensione.

Ma questo può accadere solo se gli scienziati possono creare o scoprire materiali che sono superconduttori a temperatura ambiente. Infatti, un premio Nobel sarà assegnato a chi riuscirà a creare un superconduttore a temperatura ambiente. Al momento il problema è che gli scienziati devono lavorare con i superconduttori a circa -135 °C. Questo comporta l'uso di azoto liquido e di altri metodi per ottenere temperature estremamente basse. Questo è ovviamente un lavoro noioso, ed è per questo che gli scienziati preferiscono usare i superconduttori a temperatura ambiente. Il team della signora Jin pensa che sostituendo gli elettroni accoppiati con i fermioni accoppiati si otterrebbe un superconduttore a temperatura ambiente.

Superconduttività. Questo è l'Effetto Meissner.