フェルミ凝縮

フェルミオンとボソンの違い

ボソンとフェルミオンは素粒子（原子よりも小さい物質）です。ボソンとフェルミオンの違いは、原子の電子、中性子、陽子の数である。偶数の電子を持つ原子はボソンで構成されています。奇数個の電子、中性子、陽子を持つ原子は、フェルミオンで構成されています。ボソンの例としては、グルオンがあります。フェルミオンの例としては、デボラ・ジンがガス雲として使ったカリウム-40があります。ボソンは塊を形成することができ、お互いに引き合うのに対し、フェルミオンは塊を形成しません。フェルミオンはお互いに反発し合うので、通常はまっすぐな糸で結ばれています。これは、フェルミオンが同じ量子状態では集まらないというパウリ排除原理に従うからである。

これは素粒子の標準モデルで、通常は単に標準モデルと呼ばれています。

ボーズ-アインシュタイン凝縮物との類似性

ボース-アインシュタイン凝縮と同様に、フェルミ凝縮は、それを構成する粒子と合体（一つの実体に成長）します。ボース-アインシュタイン凝縮もフェルミ凝縮も、どちらも人為的に作られた物質の状態です。これらの物質の状態を作る粒子は、人為的に過冷却されていなければ、そのような性質を持つことができません。しかし、フェルミ凝縮は、ボース-アインシュタイン凝縮よりもさらに低温に達しています。また、どちらの物質状態も粘性がないので、止まることなく流れることができます。

ヘリウム3とフェルミオン

フェルミ凝縮を作るのは非常に難しい。フェルミ粒子は排除の原理に従っており、互いに引きつけ合うことはありません。互いに反発し合うのです。ジンと彼女の研究チームは、それらを融合させる方法を発見した。彼らは反社会的なフェルミオンを調整し、磁場を適用したので、彼らは特性を失い始めた。フェルミオンの性質は残っていたが、ボソンのような振る舞いをしていた。これを使って、彼らは別々のペアのフェルミオンを何度も何度も何度も合体させることができた。ジンさんは、このペアリングの過程は、同じく超流動体であるヘリウム-3でも同じではないかと考えています。この情報をもとに、フェルミオン凝縮も同様に粘性を持たずに流れるのではないかという仮説を立てることができました。

超伝導とフェルミオン凝縮

もう一つの関連する現象に超伝導があります。超電導では、対になった電子は粘度0で流れることができます。超電導は、より安価でクリーンな電力源となる可能性があるため、かなりの関心が寄せられています。また、超電導は、浮上する列車やホバーカーの動力源としても利用される可能性があります。

しかし、それは科学者が室温で超伝導体である物質を作るか、発見することができなければ実現できません。実際、室温の超伝導体を作ることに成功した人にはノーベル賞が授与されます。現在の問題は、科学者たちが-135 °C前後の温度で超伝導体を作らなければならないことです。これには液体窒素などを使って極低温にする必要があります。もちろんこれは面倒な作業であり、だからこそ科学者たちは常温の超伝導体を使うことを好むのです。ジンさんのチームは、対になった電子を対になったフェルミオンに置き換えることで、室温の超伝導体ができると考えている。

超伝導。これがマイスナー効果です。