El mundo en el que vivimos los seres humanos es un mundo material. Sin embargo, hay muchas sustancias en este mundo que la gente no puede ver a simple vista. En el pasado, la gente sólo sabía que la materia tiene tres estados: gaseoso, líquido y sólido. A mediados del siglo XX, los científicos confirmaron el cuarto estado de la materia, el "estado plasma". En 1995, un equipo de investigación conjunto compuesto por científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y la Universidad de Colorado creó por primera vez el quinto estado de la materia, el "condensado de Bose-Einstein". El año pasado, el equipo conjunto de investigación anunció que habían creado la sexta forma de materia, el "condensado de fermiones".
Repasa los cinco primeros estados de la materia
La materia que la gente suele ver está compuesta de moléculas y átomos. Las sustancias en estado gaseoso tienen grandes distancias entre sus moléculas. En el caso de las sustancias líquidas, las moléculas que las componen están muy cerca unas de otras y su densidad es mucho mayor que la de los gases. En cuanto a la materia sólida, sus átomos están uno al lado del otro y se tiran entre sí, razón por la cual los sólidos son más duros que los líquidos. Después de que el gas ionizado excitado se ioniza hasta cierto punto, se encuentra en un estado conductor. El gas ionizado en este estado muestra un comportamiento colectivo, es decir, el movimiento de cada partícula cargada en el gas ionizado afectará a las partículas cargadas circundantes. También se ve afectado por otras partículas cargadas. Confinamiento de partículas cargadas. Debido a que el número de cargas positivas y negativas en el gas ionizado es igual, el gas ionizado en su conjunto muestra neutralidad eléctrica. Este estado de gas se denomina estado de plasma. Debido a que su comportamiento único es completamente diferente al de los estados sólido, líquido y gaseoso, se le llama el cuarto estado de la materia.
El llamado “condensado de Bose-Einstein” es un nuevo estado de la materia predicho por el gigante científico Einstein hace 70 años. Para revelar este interesante fenómeno físico, científicos de todo el mundo han trabajado duro durante décadas. En 1995, los científicos estadounidenses Wieman y Cornell y el alemán Kettler confirmaron experimentalmente por primera vez la existencia de este nuevo estado de la materia. Por este motivo, estos tres científicos recibieron el Premio Nobel de Física de 2001 en reconocimiento a sus destacadas contribuciones en la investigación de los "condensados de Bose-Einstein".
Un "condensado de Bose-Einstein" es un peculiar estado de la materia en el que una gran cantidad de átomos se comportan como una sola partícula. La "condensación" aquí es diferente de la condensación en la vida diaria. Significa que los átomos en diferentes estados se "condensan" repentinamente en el mismo estado. Para alcanzar este estado, por un lado, el material necesita alcanzar una temperatura extremadamente baja. y por otro lado, también requiere del sistema atómico en estado gaseoso. El físico de origen chino Steven Chu compartió el Premio Nobel de Física de 1997 con otros dos científicos por desarrollar métodos de refrigeración eficaces, como el enfriamiento por láser y la tecnología de trampas magnéticas. Las peculiares propiedades de los "condensados de Bose-Einstein" no sólo son de gran importancia para la investigación básica, sino que también tienen buenas perspectivas de aplicación en campos como la tecnología de chips, la medición de precisión y la nanotecnología.
¿Qué es la "Materia Condensada de Fermiones"?
Según Deborah King, líder del grupo de investigación "Materia Condensada de Fermiones", "Materia Condensada de Fermiones" y "Glass" Color-Einstein "condensado" son todas formas de materia en el estado cuántico, pero la materia en el "condensado de fermiones" no es un superconductor.
La mecánica cuántica cree que las partículas se pueden dividir en dos categorías principales en función de su comportamiento colectivo a alta densidad o baja temperatura: una son los fermiones, que llevan el nombre del físico italiano Fermi; la otra son las partículas de vidrio. Lleva el nombre del físico indio Bose. La diferencia en las propiedades de estos dos tipos de partículas es más evidente a temperaturas extremadamente bajas: todos los bosones se reúnen en el mismo estado cuántico, mientras que los fermiones, por el contrario, son más bien "individualistas", ocupando cada uno de ellos estados cuánticos diferentes. Un condensado de Bose-Einstein está formado por bosones, que se comportan como un gran superátomo, mientras que un condensado de Fermión está formado por fermiones. A medida que la materia se enfría, los fermiones ocupan gradualmente el estado de energía más bajo, pero se encuentran en diferentes estados de energía, como una multitud corriendo por una escalera estrecha. Este estado se llama "condensado de fermiones".
¿Cómo se crean los "condensados de fermiones"?
En 1995, los científicos obtuvieron con éxito el llamado "condensado de Bose-Einstein" enfriando el gas atómico con características bosónicas a bajas temperaturas. Dado que no hay dos fermiones que puedan tener el mismo estado cuántico, la condensación de fermiones se ha considerado imposible.
El año pasado, los físicos encontraron una manera de superar este obstáculo convirtiendo fermiones en bosones en pares. Esta investigación allana el camino para la creación de "materia condensada de fermiones".
Un equipo de investigación conjunto liderado por Deborah King enfrió un gas de átomos de potasio con características de fermión hasta una milmillonésima de grado por encima del cero absoluto, momento en el que los átomos de potasio dejaron de moverse. El cero absoluto equivale a -273,15°C. En el experimento, los científicos utilizaron métodos láser para no alcanzar la temperatura necesaria para la condensación de fermiones. Para ello, los átomos deben colocarse en una "copa magnética" para su evaporación y enfriamiento. Confinaron el gas en una cámara de vacío y utilizaron campos magnéticos y láseres para emparejar átomos de potasio, creando con éxito un "condensado de fermiones".
¿Cuáles son las diferencias entre fermiones y superconductores?
En primer lugar, los átomos utilizados en el condensado de Fermi son mucho más pesados que los electrones. En segundo lugar, la atracción entre pares atómicos es mucho más fuerte que la atracción entre pares de electrones en superconductores, si La. La atracción de los pares de electrones en los superconductores alcanza el nivel de los pares atómicos en los cuerpos de Fermi, e inmediatamente es posible crear superconductores a temperatura ambiente. La formación de cuerpos de Fermi en gases ultrafríos proporciona una nueva herramienta material para estudiar el mecanismo de la superconductividad. Por supuesto, la tecnología actual no puede permitir que todos los fermiones experimenten la condensación de Fermi, y el condensado resultante es bastante frágil: ¡más quebradizo que el vidrio! Pero esto es sólo una cuestión técnica.
El sexto estado da lugar a la próxima generación de superconductores
Este logro tiene amplias perspectivas de aplicación en la tecnología de superconductores y ayudará al nacimiento de la próxima generación de superconductores, que pueden llegar al poder. ingeniería, transmisión de energía eléctrica, fabricación de motores y generadores eléctricos, generación de energía mediante fluidos magnéticos, trenes maglev superconductores, computadoras superconductoras, dispositivos electrónicos superconductores, exploración geofísica, geología, biomagnetismo, aceleradores de alta energía e investigación en física de alta energía, etc. tus talentos en muchos campos y disciplinas