Фермионный конденсат - Fermionic condensate
 | Эта статья включает Список ссылок, связанное чтение или внешняя ссылка, но его источники остаются неясными, потому что в нем отсутствует встроенные цитаты. (Сентябрь 2018 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
| Физика конденсированного состояния |
|---|
 |
| Фазы · Фаза перехода · QCP |
Фазовые явления |
Электронные фазы |
Электронные явления |
Ученые Ван дер Ваальс · Оннес · фон Лауэ · Брэгг · Дебай · Блох · Онсагер · Мотт · Пайерлс · Ландо · Латтинджер · Андерсон · Ван Влек · Хаббард · Шокли · Бардин · Купер · Шриффер · Джозефсон · Луи Неэль · Esaki · Giaever · Кон · Каданов · Фишер · Уилсон · фон Клитцинг · Binnig · Рорер · Беднорз · Мюллер · Лафлин · Störmer · Ян · Цуй · Абрикосов · Гинзбург · Леггетт |
А фермионный конденсат или конденсат Ферми-Дирака это сверхтекучий фаза образована фермионный частицы на низком уровне температуры. Это тесно связано с Конденсат Бозе – Эйнштейна, сверхтекучая фаза, образованная бозонный атомы в аналогичных условиях. Самый ранний из известных фермионных конденсатов описал состояние электроны в сверхпроводник; физика других примеров, включая недавние работы с фермионными атомы аналогично. Первый атомный фермионный конденсат был создан командой под руководством Дебора С. Джин в 2003 г.[1][2]
Фон
Сверхтекучесть
Фермионные конденсаты образуются при более низких температурах, чем конденсаты Бозе – Эйнштейна. Фермионные конденсаты представляют собой разновидность сверхтекучий. Как следует из названия, сверхтекучая жидкость обладает свойствами текучей среды, аналогичными свойствам обычных жидкости и газы, например, отсутствие определенной формы и способность течь в ответ на приложенные силы. Однако сверхтекучие жидкости обладают некоторыми свойствами, которые не проявляются в обычном веществе. Например, они могут течь с высокими скоростями, не рассеивая никакой энергии, т.е. нуль вязкость. При более низких скоростях энергия рассеивается за счет образования квантованные вихри, которые действуют как «дыры» в среде, где нарушается сверхтекучесть. Первоначально сверхтекучесть была обнаружена в жидкости. гелий-4 чьи атомы бозоны а не фермионы.
Фермионные сверхтекучие жидкости
Создать фермионную сверхтекучую жидкость гораздо труднее, чем бозонную, потому что Принцип исключения Паули запрещает фермионам занимать одни и те же квантовое состояние. Однако есть хорошо известный механизм, с помощью которого сверхтекучая жидкость может образовываться из фермионов: это механизм BCS переход, открытый в 1957 г. Дж. Бардин, Л.Н. Купер, и Р. Шриффер для описания сверхпроводимости. Эти авторы показали, что ниже определенной температуры электроны (которые являются фермионами) могут спариваться, образуя связанные пары, теперь известные как Куперовские пары. До тех пор, пока столкновения с ионной решеткой твердого тела не дают энергии, достаточной для разрыва куперовских пар, электронная жидкость может течь без диссипации. В результате он становится сверхтекучим, а материал, через который он протекает, - сверхпроводником.
Теория БКШ оказалась феноменально успешной в описании сверхпроводников. Вскоре после публикации статьи BCS несколько теоретиков предположили, что подобное явление может происходить в жидкостях, состоящих из фермионов, отличных от электронов, таких как гелий-3 атомы. Эти предположения подтвердились в 1971 году, когда эксперименты, проведенные Д.Д. Ошеров показали, что гелий-3 становится сверхтекучим ниже 0,0025 К. Вскоре было подтверждено, что сверхтекучесть гелия-3 возникает из-за механизма, подобного БКШ.[а]
Создание первых фермионных конденсатов
Когда Эрик Корнелл и Карл Виман произвел конденсат Бозе – Эйнштейна из рубидий атомы в 1995 г. естественным образом возникла перспектива создания подобного типа конденсата из фермионных атомов, который по механизму БКШ образовывал бы сверхтекучую среду. Однако ранние расчеты показали, что температура, необходимая для образования куперовских пар в атомах, будет слишком низкой для достижения. В 2001 году Мюррей Холланд на ДЖИЛА предложил способ обойти эту трудность. Он предположил, что фермионные атомы можно уговорить образовать пары, подвергнув их сильной магнитное поле.
В 2003 году, работая по предложению Холланда, Дебора Джин в JILA, Рудольф Гримм на Университет Инсбрука, и Вольфганг Кеттерле в Массачусетский технологический институт удалось уговорить фермионные атомы образовать молекулярные бозоны, которые затем подверглись бозе-эйнштейновской конденсации. Однако это не был настоящий фермионный конденсат. 16 декабря 2003 года Джину впервые удалось получить конденсат из фермионных атомов. В эксперименте участвовало 500000 человек.калий -40 атомов охлаждены до температуры 5 × 10−8 K под действием изменяющегося во времени магнитного поля.[2]
Примеры
Хиральный конденсат
А хиральный конденсат является примером фермионного конденсата, который появляется в теориях[который? ] безмассовых фермионов[который? ] с киральная симметрия ломка.
Теория BCS
В Теория BCS из сверхпроводимость имеет фермионный конденсат. Пара электроны в металл с противоположными спинами может образовывать скаляр связанное состояние называется Купер пара. Сами связанные состояния затем образуют конденсат. Поскольку пара Купера имеет электрический заряд, этот фермионный конденсат нарушает электромагнитную калибровочная симметрия сверхпроводника, что приводит к чудесным электромагнитным свойствам таких состояний.
QCD
В квантовая хромодинамика (КХД) киральный конденсат также называют кварковый конденсат. Это свойство КХД вакуум частично отвечает за придание массы адронам (наряду с другими конденсатами, такими как глюонный конденсат ).
В приближенной версии КХД, в которой массы кварков исчезают при N кварк ароматы, есть точная хиральная SU (N) × SU (N) симметрия теории. В КХД вакуум нарушает эту симметрию до SU (N) путем образования кваркового конденсата. Существование такого фермионного конденсата было впервые явно показано в решеточной формулировке КХД. Таким образом, кварковый конденсат представляет собой параметр порядка переходов между несколькими фазами кварковая материя в этом пределе.
Это очень похоже на Теория BCS сверхпроводимости. В Куперовские пары аналогичны псевдоскалярные мезоны. Однако вакуум не несет заряда. Следовательно, все калибровочные симметрии не сломлены. Поправки на массы кварки могут быть включены с использованием киральная теория возмущений.
Гелий-3 сверхтекучий
А гелий-3 атом это фермион и при очень низких температурах образуют двухатомные Куперовские пары которые являются бозонными и конденсируются в сверхтекучий. Эти куперовские пары существенно больше межатомного расстояния.
Смотрите также
Сноски
- ^ Теория сверхтекучего гелия-3 немного сложнее, чем теория сверхпроводимости БКШ. Эти сложности возникают из-за того, что атомы гелия отталкиваются друг от друга намного сильнее, чем электроны, но основная идея остается той же.
Рекомендации
- ^ Демарко, Брайан; Бон, Джон; Корнелл, Эрик (2006). "Дебора С. Джин 1968–2016". Природа. 538 (7625): 318. Дои:10.1038 / 538318a. ISSN 0028-0836. PMID 27762370.
- ^ а б Regal, C.A .; Greiner, M .; Джин, Д.С. (28 января 2004 г.). «Наблюдение резонансной конденсации пар фермионных атомов». Письма с физическими проверками. 92 (4): 040403. arXiv:cond-mat / 0401554. Дои:10.1103 / PhysRevLett.92.040403. PMID 14995356. S2CID 10799388.
Источники
- Гено, Тони (2003). Основные сверхтекучие жидкости. Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-0-7484-0892-4.
- «Ученые NIST / Университета Колорадо создают новую форму материи: фермионный конденсат» (Пресс-релиз). Колорадский университет. 28 января 2004 г. Архивировано с оригинал 7 декабря 2006 г.
- Роджерс, Питер; Дюме, Белл (28 января 2004 г.). «Дебют фермионного конденсата». Мир физики. Получено 29 июн 2019.</ref>
- Хэглер, доктор наук (2010). «Структура адрона из решеточной квантовой хромодинамики». Отчеты по физике. 490 (3–5): 49–175. arXiv:0912.5483. Дои:10.1016 / j.physrep.2009.12.008. ISSN 0370-1573.
